Виды брака при термообработке

Виды брака при термообработке

Несоблюдение технологических режимов при термообработке может привести к неисправимому или исправимому браку изготавливаемых деталей. Наиболее распространенными пороками термообработки стали, возникающими в результате неправильного режима нагрева и выдержки, являются:

Обезуглероживание, т.е. выгорание углерода из поверхностного слоя детали в результате взаимодействия с атмосферным кислородом. Брак может быть устранен специальной термообработкой в науглероживающей атмосфере или механическим срезанием поверхностного слоя металла, если это позволяют сделать припуски на заготовке.

Недогрев – дефект, образующийся при нагреве стали до температуры ниже критической, что приводит к недостаточной прочности, твердости или пластичности. Этот дефект устраняется отжигом или нормализацией с последующей повторной термической обработкой.

Перегрев – дефект, являющийся следствием нагрева стали до температуры намного выше критической или чрезмерно большой выдержки при высокой температуре. Перегрев приводит к интенсивному росте зерен, что ухудшает все механические свойства. Очень сильный перегрев может привести к образованию крупноигольчатой (пластинчатой), так называемой видманштеттовой структуры [45]. Крупнозернистая и видманштеттова структуры могут быть исправлены путем рекристаллизационного отжига. При закалке из-за перегрева получается крупноигольчатый мартенсит (с крупнозернистой структурой в изломе), механические свойства которого заметно ниже мелкоигольчатого. Перегретую сталь отжигают и вновь подвергают закалке.

Пережог возникает, если сталь нагревают в окислительной атмосфере (на воздухе) до температуры, близкой к началу плавления. Пережженное изделие – очень хрупкое, т.к. оно по границам зерен окислено и, нередко, имеет оплавленные кромки. Пережог – неисправимый брак, который не может быть исправлен другими видами обработки.

Кроме этого, можно выделить специфические пороки, возникающие при закалке сталей:

Недостаточная твердость получается в результате недогрева или недостаточно быстрого охлаждения детали при закалке. Причину этого дефекта можно легко установить по микроструктуре стали. Так, если структура закаленной конструкционной стали содержит кроме мартенсита феррит, то недостаточная твердость является следствием недогрева. Если же в стали после закалки наряду с мартенситом имеется троостит, значит охлаждение было недостаточно быстрым. Этот дефект исправляется повторной, правильной закалкой.

Пятнистая закалка возникает в результате неравномерного воздействия охлаждающей среды; она связана с наличием окалины или загрязнений, недостаточным прогревом, недостаточно интенсивным или неравномерным охлаждением. В некоторых случаях пятнистая закалка является следствием анормальной структуры стали, характеризующейся наличием крупных зерен феррита.

Поводка, коробление и образование трещин – наиболее распространенные дефекты, являющиеся следствием возникновения в деталях больших внутренних напряжений, связанных с изменением их объема при закалке. Различают две причины возникновения напряжений – термические напряжения появляются вследствие обычного уменьшения объема тел при охлаждении; структурные напряжения возникают как следствие превращения аустенита. Известно, что переход аустенита в продукты его распада сопровождается увеличением объема; наиболее значительно это увеличение объема при превращении аустенита в мартенсит. Поскольку структурные превращения в различных участках закаливаемого изделия совершаются не одновременно и в результате закалки нередко возникает неодинаковая по сечению структура, то создающиеся при закалке напряжения распределяются также неравномерно, что и приводит к явлениям поводки, коробления и даже растрескивания, когда внутренние напряжения превышают предел прочности стали.

Возникновению опасных внутренних напряжений способствуют неблагоприятная форма изделия, резкие переходы по толщине, острые надрезы, канавки и др. Следует иметь в виду, что иногда закалочные трещины появляются значительное время спустя после закалки детали. Поэтому отпуск рекомендуется производить сразу после закалки.

Поводка после закалки вызывает необходимость правки, при которой создаются дополнительные напряжения. Все это также может привести к образованию трещин.

Остаточные напряжения, возникающие при закалке, могут быть причиной ряда отрицательных явлений при дальнейшей технологической обработке и эксплуатации изделий. Так, например, при обработке резанием и снятии верхних слоев, сдерживающих проявление внутренних напряжений, обрабатываемые изделия начинают деформироваться, чем нарушаются нормальные условия обработки. Перераспределение остаточных напряжений при эксплуатации может, например, вызвать деформацию вала, которая нарушит соосность и приведет к ускоренному износу шеек вала и подшипников.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .

Pereosnastka.ru

Некоторые виды брака поверхностной закалки
Некоторые виды брака поверхностной закалки

При высокочастотной закалке, как и при любом виде термообработки, возможен брак. Так как результаты закалки зависят от многих факторов, обнаружение причины брака зачастую представляет трудности.

При установлении технологии высокочастотной закалки необходимо принимать во внимание условия работы детали, ее конфигурацию, наличие отверстий и острых кромок, сочетание на одной детали участков, закаливаемых поочередно, и другие специфические требования. Если эти условия не учитываются, то это приводит к браку закаливаемых изделий.

Встречаются следующие виды брака:

1. Продавливание закаленного слоя. Оно может произойти в процессе работы детали; вызывается чрезмерно малой толщиной закаленного слоя, который не выдерживает даже статического давления от приложенной нагрузки. Этот простейший вид брака предотвращается путем увеличения глубины закаленного слоя.

2. Откол кромок. Если на простой цилиндрической детали имеется острая, без фаски, кромка, а требуется закалить всю поверхность до самой кромки, то при неправильном ведении процесса последовательной закалки возможен ее перегрев, особенно в конце процесса, при сходе индуктора с детали. При этом в кромке возникают большие механические напряжения, и она, как правило, откалывается. С этим же видом брака приходится встречаться в деталях сложной конфигурации, имеющих острые кромки. Для предотвращения подобного брака рекомендуется, там где это возможно, предварительно снимать фаску с кромок

3. Трещины и микротрещины. Трещины бывают различны по величине и по характеру. Особенностью мелких трещин является то, что они иногда возникают уже при окончательной обработке детали. Если имеется опасность появления таких мелких трещин, то обязателен выборочный контроль посредством дефектоскопии 2 или травления.

Чтобы бороться с возникновением трещин, в каждом отдельном случае нужно установить их причины. Причины эти могут быть самого разнообразного характера.

Наиболее часто трещины являются следствием перегрева стали. Если при налаженном технологическом процессе в структуре деталей неожиданно начинают обнаруживаться признаки перегрева, вызывающего трещины, хотя электрический режим и температура нагрева остались неизменными, то это свидетельствует о том, что попала партия деталей из стали с завышенным содержанием углерода, для которой установленная температура оказалась слишком высокой. В этом случае приходится изменить режим закалки. Для предотвращения этого явления следует тщательно следить за постоянством состава стали.

Другой причиной появления трещин могут быть конструктивные особенности закаливаемого изделия.

С этой точки зрения особенного внимания заслуживают масло-подводящие отверстия на деталях. Возможность возникновения трещин около них при высокочастотной закалке установлена еще при разработке технологии закалки для коленчатых валов в 1936 г. Тогда же было предусмотрено применение заглушек, например, в виде медных пробок, которые выравнивают распределение тока в районе отверстия и этим помогают избежать местных перегревов. Такой перегрев с увеличением глубины слоя продемонстрирован макрошлифом, изображенным на рис. 9.

Иногда причиной трещин может оказаться местный отпуск, происходящий при повторном нагреве индуктором до температуры 400—600 °С ранее закаленной зоны. Особенно опасен нагрев края закаленной зоны, являющегося местом выхода на поверхность растягивающих напряжений. Такой нагрев возможен, когда по технологии термической обработки предусмотрена поочередная закалка двух или нескольких соседних участков на одной детали. Плохо отлаженное оборудование или неудачная конструкция индуктора способствуют такому «наложению» нагревов друг на друга.

Микротрещины, возникающие при одновременной закалке без вращения, уже упоминались выше в связи с исследованием поверхности.

Наконец, возможно образование трещин в деталях из некоторых марок легированных сталей, не терпящих охлаждения водой. В этих случаях для закалки следует применять подогретую воду или масло.

Следует упомянуть о закалке чугунных изделий, которые больше, чем стальные, склонны к трещинообразованию, особенно при повышенном содержании кремния и углерода.

Резкое падение температуры закалочной воды в системе водоснабжения, особенно частое в зимнее время, также может вызвать трещины. Поэтому за температурой воды нужно регулярно следить.

4. Отслаивание закаленного слоя. Возможно как на полную глубину закаленного слоя, до границы с исходным материалом, так и на меньшую глубину. Этот вид брака встречается редко и свидетельствует о наличии больших напряжений, которых можно избежать путем правильного выбора глубины закаленного слоя. Кроме того, после закалки нужно обязательно проводить низкотемпературный отпуск или самоотпуск.

Здесь необходимо упомянуть о случаях, частых на производстве, когда дефекты незакалочного происхождения принимаются за закалочные. Подробно проведенные исследования деталей, забракованных, например, по отслаиванию, дают возможность установить истинную причину этого дефекта.

Протравленная на макроструктуру поверхность шейки коленчатого вала демонстрирует длинный участок прижога вдоль по образующей в области отслаивания корки металла. Очевидно, в этой области произошел отпуск закаленной поверхности, вызвавший появление растягивающих напряжений, которые превысили предел прочности металла.

Диаграмма распределения поверхностной твердости по окружности шейки, помещенная на том же рисунке, подтверждает это предположение: в районе прижога с отслаиванием наблюдается резкое снижение твердости.

Указанное снижение твердости обычно наблюдается на небольшую глубину, меньшую 1,0 мм, что следует из графика рис. 23, где изображены кривые распределения твердости по глубине закаленного слоя как в районе отслаивания, так и вне его.

5. «Шелушение». Проявляется в том, что на поверхности детали появляется сетка трещин, по которым в конце концов скалываются тонкие пластинки металла; поверхность как бы шелушится. Чаще всего шелушение происходит не непосредственно после закалки, а после шлифования на станке, особенно при больших подачах.

Этот вид брака, также как и предыдущий, часто является результатом неправильного режима шлифования, а не процесса закалки. Следует учитывать, что образованию такого рода сетки трещин

И Сколов способствуют перегрей стали при закалке, а также отсутствие последующего отпуска или самоотпуска.

6. Отклонение глубины и конфигурации закаленного слоя от установленной нормы. На глубине и структуре закаленного слоя

сильно сказывается нарушение электрического режима, так как оно вызывает изменение условий нагрева детали. Не менее сильно на состояние закаленного слоя влияет нестабильность условий охлаждения. Нарушение электрического режима обычно связано с неисправностями электрической системы, автоматики и с колебаниями напряжения сети. Условия охлаждения зависят от изменения давления и температуры закалочной воды.

Подводя итог, можно сделать заключение, что большинство видов брака вызывается простыми причинами, которые нетрудно устранить.

Правильное использование и рациональное совмещение методов контроля при высокочастотной закалке позволяют не только обнаружить брак, но и предупредить его появление. Тщательный металлографический анализ помогает обеспечить требуемое качество закалки изделий, в особенности при серийном производстве.

Брак при термической обработке стали

Дефекты при отжиге и нормализации. В процессе отжига и нормализации могут возникнуть следующие дефекты: окисление, обезуглероживание, перегрев и пережог металла.
При нагреве в пламенных печах поверхность стальных деталей взаимодействует с печными газами. В результате металл окисляется и на деталях образуется окалина – химическое соединение металла с кислородом. С повышением температуры и увеличением времени выдержки окисление резко возрастает. Образование окалины не только вызывает угар (потерю) металла на окалину, но и повреждает поверхность деталей. Поверхность стали под окалиной получается разъеденной и неровной, что затрудняет обработку металла режущим инструментом. Окалину с поверхности деталей удаляют травлением в растворе серной кислоты в воде, очисткой в дробеструйных установках или галтовкой в барабанах.
Обезуглероживание, т. е. выгорание углерода с поверхности деталей, происходит при окислении стали. Обезуглероживание резко снижает прочностные свойства конструкционной стали. Кроме того, обезуглероживание поверхности может вызвать образование закалочных трещин и коробление (поводку детали).
Для предохранения деталей от окисления, а следовательно, и от обезуглероживания при отжиге, нормализации и закалке применяют безокислительные (защитные) газы, которые вводят в рабочее пространство печи.
При нагреве стали выше определенных температур и длительных выдержках в ней происходит быстрый рост зерен, ведущий к возникновению крупнокристаллической структуры. Это явление называют перегревом. Перегрев ведет к понижению пластических свойств стали. В перегретой стали при закалке образуются трещины. Перегрев металла может быть исправлен последующей термической обработкой – отжигом или нормализацией.
Пережог получается в результате длительного пребывания металла в печи при высокой температуре, близкой к температуре плавления. Физическая сущность пережога состоит в том, что кислород из окружающей атмосферы при высокой температуре проникает в глубь нагреваемого металла и окисляет границы зерен. В результате окисления границ зерен механическая связь между зернами ослабевает, металл теряет пластичность и становится хрупким. Пережог является неисправимым браком.
Дефекты при закалке. В процессе нагрева под закалку и при закалке могут появляться следующие дефекты: трещины, деформация и коробление, обезуглероживание, мягкие пятна и низкая твердость.
Закалочные трещины — это неисправимый брак, образующийся в процессе термической обработки. Они являются следствием возникновения больших внутренних напряжений. В штампах крупных размеров закалочные трещины могут появляться даже при закалке в масле. Поэтому штампы целесообразно охлаждать до 150-200ºС с быстрым последующим отпуском.
Трещины возникают при неправильном нагреве (перегреве) и большой скорости охлаждения в деталях, конструкция которых имеет резкие переходы поверхностей, грубые риски, оставшиеся после механической обработки, острые углы, тонкие стенки и т д.
Закалочные трещины, обычно расположенные в углах деталей или инструмента, имеют дугообразный или извилистый вид.
Деформация и коробление деталей происходят в результате неравномерных структурных и связанных с ними объемных превращений, обусловливающих возникновение внутренних напряжений в металле при нагреве и охлаждении.
При закалке стали коробление деталей может происходить и без значительных объемных изменений в результате неравномерного нагрева и охлаждения. Если, например, деталь небольшого сечения и большой длины нагревать только с одной стороны, то она изгибается. При этом нагреваемая сторона детали удлиняется и становится выпуклой, а ее противоположная сторона — вогнутой. Нагревать и охлаждать детали при закалке следует равномерно.
При погружении деталей и инструмента в закалочную среду надо учитывать их форму и размеры. Детали, имеющие толстые и тонкие части, погружают в закалочную среду сначала толстой частью, длинные детали (штоки, протяжки, сверла, метчики и т. д.) опускают в строго вертикальном положении, а тонкие плоские (диски, отрезные фрезы, пластинки и др.) — ребром.
Окисление и обезуглероживание происходит в основном при нагреве под закалку от взаимодействия печных газов или расплавленных солей с поверхностными слоями детали. Этот дефект особенно опасен на режущем инструменте, так как он в несколько раз снижает его стойкость.
Окисление и обезуглероживание поверхности изделия предупреждается строгим соблюдением установленного режима термической обработки, а также нагревом в среде нейтральных газов (азоте, аргоне).
Мягкие пятна — это участки на поверхности детали или инструмента с пониженной твердостью. Такие дефекты образуются при закалке в процессе охлаждения в закалочной среде, когда на поверхности детали имелась окалина, следы загрязнений и участки с обезуглероженной поверхностью, а также в случае недостаточно быстрого движения детали в закалочной среде и образования на поверхности детали паровой рубашки.
Низкая твердость чаще всего наблюдается при закалке инструмента. Причинами низкой твердости являются недостаточно быстрое охлаждение в закалочной среде, низкая температура закалки, а также недостаточная выдержка при нагреве под закалку. Для исправления этого дефекта деталь следует подвергнуть высокому отпуску и снова закалить.
Перегрев деталей под закалку увеличивает зернистость металла и, следовательно, ухудшает его механические свойства. Металл приобретает повышенную хрупкость. Для повторной закалки деталей их следует подвергнуть отжигу для измельчения зерна.
Недогрев получается в том случае, если температура закалки была ниже критической точки Ас₃ (для доэвтектоидных сталей) и Ас₁ (заэвтектоидных сталей). Недогрев исправляют отжигом, после которого деталь снова закаливают.

Спонсор сайта: Тиберис – лучший интернет-магазин сварочного оборудования Подробнее »
Metalcut Pro — современный центр металлообработки Подробнее »

Брак быстрорежущей стали при термической обработке и способы его предупреждения

Видами брака при термической обработке быстрорежущей стали являются:

1. Трещины при закалке, особенно в инструментах сложной формы; они возникают в случае передачи инструмента на окончательный высокий нагрев (в хлорбариевой ванне или в печи) без предварительного подогрева или в случае чрезмерно энергичного охлаждения при закалке инструмента сложной формы. Сталь ЭИ184 по сравнению с другими марками обладает повышенной склонностью к образованию трещин, так как интервал мартенситного превращения в этой стали находится при более низких температурах, когда металл обладает пониженной пластичностью. Для предупреждения этого вида брака необходимо инструмент сложной формы охлаждать не в масле, а в селитре или в свинце.

2. Оплавление поверхности инструмента; оно наблюдается в случае: а) чрезмерного перегрева стали, б) применения графитового тигля вместо шамотового, когда поверхность металла науглероживается, а температура его плавления понижается, и в) если инструмент помещают для нагрева в ванне близко от электродов; тогда ток проходит не через соль, а через инструмент и дополнительно его разогревает. Целесообразно поэтому при окончательном нагреве большого по габаритам инструмента выключать ток в ванне.

3. Пережог, характеризующийся окислением границ зерен в поверхностном слое. Микроструктура стали РФ1, получившей пережог, приведена на фиг. 61 а. Этот вид брака является окончательным и вызван недопустимым превышением температур нагрева при закалке.

4. Перегрев с образованием ледебуритной эвтектики по границам зерен (фиг. 61 б). Этот вид брака также является окончательным и происходит при превышении температуры нагрева.

5. Перегрев с образованием чрезмерно крупного зерна; такой перегрев создает повышенную хрупкость в инструменте и может быть исправлен новым отжигом и нормальной закалкой инструмента.

6. Образование нафталинистого излома. Свойства стали, получившей нафталинистый излом, подробно описаны ранее. Нафталинистый излом возникает в быстрорежущей стали не только после ковки, но и в том случае, если для закалки поступает сталь с исходной мартенситной или трооститовой структурой, т. е. главным образом при вторичной закалке инструмента без промежуточного отжига. Некоторые заводы применяют иногда такую повторную закалку если инструмент получает, недостаточную твердость после термической обработки в случае недогрева при закалке или неправильно проведенного отпуска и т. д. Во избежание образования нафталинистого излома при закалке необходимо такой инструмент предварительно подвергать отжигу. На фиг. 62 приведена микроструктура стали РФ1, а на фиг. 63 — стали ЭИ262, получившей нафталинистый излом после закалки.

8. Недостаточная твердость после закалки и отпуска может иметь место:

а) в случае пониженного нагрева гари закалке, в результате чего мартенсит быстрорежущей стали получается недостаточно легированным и сталь не обладает необходимой красностойкостью;

б) в стали ЭИ184 в случае недостаточного отпуска; если нагрев при закалке был повышенным или если данная плавка стали ЭИ184 содержит углерод и хром по верхнему пределу, то в стали после закалки сохраняется значительное количество остаточного аустенита, для разложения которого трехкратный отпуск оказывается недостаточным; для получения необходимой твердости надо такому инструменту сообщить несколько дополнительных отпусков;

в) в случае чрезмерно высокого нагрева при отпуске, в результате чего твердость правильно закаленной стали понижается. Из числа применяемых марок быстрорежущей стали меньшей устойчивостью против отпуска обладает сталь ЭИ184. В то время как сталь РФ1 можно нагревать при отпуске до 580° без снижения твердости, сталь ЭИ184 допускает нагрев не выше 560°.

Установить причину недостаточно высокой твердости быстрорежущей стали после закалки и отпуска можно следующим способом. Инструменту дают дополнительный отпуск; новое снижение твердости после такого отпуска явится признаком недостаточного нагрева при закалке или чрезмерно высокого нагрева прицепных отпусках, а повышение твердости — признаком чрезмерно высокого нагрева при закалке или недостаточного отпуска. В первом случае инструмент является браком и должен пройти отжиг, а затем повторную закалку и отпуск, а во втором случае — при достижении требуемой твердости после повторных отпусков может быть направлен в эксплуатацию.

9. Обезуглероживание поверхностного слоя стали в результате неполного раскисления ванны или недостаточной защиты инструмента при нагреве для закалки в печи. Если глубина обезуглероживания больше толщины слоя, снимаемого при шлифовке, то инструмент передают для отжига в ящиках с засыпкой инструмента свежей чугунной стружкой. После отжита инструмент передают для вторичной закалки.

10. Мелкие трещинки на поверхности инструмента или характерная сетка таких трещин; они образуются при шлифовке и резко понижают стойкость инструмента в работе. Этот дефект возникает при шлифовке без охлаждения, или с неправильно подобранным камнем, или с чрезмерной скоростью, что вызывает значительный местный нагрев («пережог») с появлением цветов побежалости. Твердость на таких участках снижается до 56—60 Rс. Для предупреждения этого дефекта необходимо вести шлифовку с охлаждением в эмульсии и подобрать рациональный режим шлифовки.

Кроме того, причинами, увеличивающими склонность к образованию шлифовочных трещин, являются: наличие в стали значительных остаточных напряжений, наличие местных загрязнений, неметаллических включений, а также крупных скоплений карбидов.

Поэтому сталь, прошедшая отпуск, снимающий остаточные напряжения, лучше переносит шлифовку, чем закаленная и неотпущенная.

Замечено также, что быстрорежущая сталь дает меньше шлифовочных трещин, если инструмент прошел двух-трехкратный или продолжительный (4—5 час.) однократный отпуск по сравнению с инструментом, получившим один отпуск длительностью час.

Сталь, имеющая равномерное распределение карбидов, также лучше переносит шлифовку, чем сталь с значительной карбидной неоднородностью. Поэтому энергично проведенная ковка, раздробляющая карбидную полосчатость и улучшающая их распределение, также уменьшает опасность образования мелких поверхностных трещин при последующей шлифовке инструмента.