Дефекты при отжиге и нормализации

При отжиге и нормализации могут возникнуть следующие дефекты.

Окисление-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 увеличением температуры и времени выдержки окисление резко возрастает.

Окалина вызывает не только угар – потерю металла на окалину, но и повреждает поверхность детали, затрудняется дальнейшая обработка ее режущим инструментом.

Окалину удаляют травлением в растворе серной кислоты, очищают в дробеструйных установках

Обезуглероживание -это выгорание углерода с поверхности детали, происходит при окислении стали. Обезуглероживание резко снижает прочностные свойства стали, способствует образованию трещин и короблению.

Для предотвращения окисления и обезуглероживания – применяют безокислительные (защитные) газы, которые вводят в рабочее пространство печи.

При нагреве стали выше определенных температур и длительной выдержке в ней происходит быстрый рост зерен, ведущий к возникновению крупнокристаллической структуры. Это явление называетсяперегревом.

Перегрев ведет к понижению пластических свойств стали. Он может быть исправлен повторным правильным нагревом – отжигом и 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 вглубь нагреваемого металла и окисляет границы зерен. В результате механическая связь между зернами ослабевает, металл теряет пластичность и становится хрупким.

Пережог является неисправимым браком

ЗАКАЛКА СТАЛИ

Исторически сложившееся понятие «закалка» предполагает такую термообработку, при которой сталь приобретает неравновесную структуру, что прежде всего выражается в повышении твердости стали.

Закалкой называется вид термообработки, состоящий в нагреве стали до температуры выше критических точек Асз или Ас1, выдержке при этой температуре для завершения фазовых превращений и последующем быстром охлаждении.

Для углеродистых сталей - чаще всего - это охлаждение проводят в воде, для легированных – в масле.

Закалка не является окончательной операцией термообработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой и получить требуемые механические свойства – сталь после закалки подвергают отпуску

Цель закалки –получение высокой твердости, прочности, износостойкости.

Доэвтектоидные стали нагревают до температуры Асз+30-50°

Эвтектоидные и заэвтектоидные – до температур Ас1+30-50°

Стали, содержащие менее 0,3 % углерода практически не закаливаются.

При закалке фиксируются переходные структуры, главным представителем которых является мартенсит.

Нагрев доэвтектоидных сталей до температуры Ас1 +30-50° – называется неполной закалкой. Т.к. выше Ас1- структура Ф+А, при охлаждении аустенит переходит в мартенсит, а феррит с твердостью 80НВ – остается.

Для заэвтектоидных сталей – неполная закалка является и полной, т.к. цементит имеет твердость 800НВ. И нет необходимости от него избавляться, нагревая сталь до области одного аустенита.

Скорость нагрева и время выдержки зависят от химического состава стали, размеров, массы и конфигурации закаливаемых деталей, типа нагреваемых печей и нагревательной среды.

Чем больше размеры и сложнее конфигурация, тем медленнее происходит нагрев.

Скорость нагрева и продолжительность выдержки определяют экспериментально или пользуются специально разработанными таблицами. Например, при 800° 1 мм диаметра сечения нагревается 1 минуту.

Оборудованием при нагреве служат нагревательные термические печи или печи-ванны, которые подразделяются на электрические и топливные, обогреваемые за счет сгорания топлива (газа, мазута, угля).

Нагрев должен производиться как можно быстрее, однако время нагрева должно быть достаточным, чтобы равномерно прогреться и получить аустенитную структуру

Скорость охлаждения при закалке регулируется средой охладителей, которые могут быть:

сильные –100-500°/с

умеренные –10-100°/с

слабые 1-10°/с

В качестве закалочных сред используют воду, водные растворы солей, щелочей, масло, расплавленные соли.

Если принять охлаждающую способность воды при 20оС за единицу, то охлаждающая способность:

масло –0,17-0,44

расплавленного свинца – 0,05

воздуха – 0,03

Различают следующие виды закалок:

А) Закалка в одном охладителе

Нагретую до определенной температуры деталь погружают в закалочную среду, где она остается до полного охлаждения. Применяется для деталей простой формы из углеродистой стали.

Б) Закалка в двух средах

Нагретую деталь сначала охлаждают в воде до температуры несколько выше Мн, а затем быстро переносят в другую среду (масло, воздух), где она охлаждается до температуры 20о. Во второй закалочной среде уменьшаются внутренние напряжения, связанные с превращением Аустенита в мартенсит. Применяется при закалке высокоуглеродистых сталей и требует высокой квалификации термиста.

В) Ступенчатая закалка

Нагретая деталь охлаждается в среде, имеющей температуру несколько выше Мн (250о) и выдерживают в ней до выравнивания температуры по всему сечению. Затем окончательно охлаждают на воздухе, где идет превращение аустенита в мартенсит. При этой закалке уменьшаются объемные напряжения, коробление, опасность возникновения трещин.

Г) Изотермическая закалка

Выполняется также, как и ступенчатая, но выдержка в закалочной среде более продолжительная. Данной закалке подвергаются в основном легированные стали.