41. Дефекты термообработки.

При термообработке происходит целый ряд неизбежных процессов,

которые при значительном их развитии могут приводить к образованию дефектов. К таким процессам относится рост зерна при нагреве, окисление и обезуглероживание, появление структурных и термических напряжений.

При завышении температуры нагрева происходит чрезмерный рост зерна аустенита, который приводит к образованию так называемой видманштеттовой структуры при отжиге и нормализации или к получению крупноигольчатого мартенсита при закалке. В том и другом случае снижаются механические свойства, в первую очередь пластичность и вязкость. Твердость остается на прежнем уровне. Это явление называют перегревом. Оно может наблюдаться при нагреве выше Ас₃ или Ас_m не на 30-50 градусов, как это обычно делается, а на 100˚С и более. Длительное пребывание в печи тоже приводит к излишнему росту зерна.

Более значительное превышение температуры нагрева может привести к пережогу, то есть к образованию очень крупных зерен с окисленными границами. В этом случае резко уменьшаются все механические характеристики. Явление пережога при операциях термической об-

обработки встречается редко, так как для этого надо нагреть металл до температуры 1200-1300˚С и выдержать достаточно длительное время. Это обычно происходит при отказе контрольно-измерительных приборов или при нагреве в пламенных печах, когда детали располагаются слишком близко к горелке или форсунке.

Выявляется перегрев и пережог по микроструктуре и по виду излома.

Обезуглероживание, являясь неизбежным процессом при нагреве, считается дефектом только тогда, когда глубина его превышает допустимые нормы.

Окисление и образование окалины при интенсивном его протекании может приводить к значительному угару металла и потере размеров детали. При неравномерном окалинообразовании на поверхности детали образуются углубления.

Возникновение структурных и термических напряжений приводит к короблению деталей, изменению правильной геометрической формы и даже к образованию закалочных трещин.

К дефектам термообработки относят также несоответствие механических свойств заданным требованиям. Оно может быть вызвано недогревом деталей до заданной температуры, в результате которого в металле не происходит требуемых фазовых превращений. В случае отсутствия сквозного прогрева в непрогретой части детали сохраняется исходная структура, обладающая более низкими свойствами. Завышенные значения прочности и твердости при низкой пластичности могут получиться при недостаточном отпуске (низкая температура или короткая выдержка). Несоответствие механических свойств может наблюдаться, как уже отмечалось, при перегреве и пережоге металла.

Неравномерная или пятнистая твердость может наблюдаться из-за некачественно проведенного охлаждения, в частности, в неподвижной жидкости, когда паровая рубашка не срывается движущейся жидкостью.

42. Поверхностная закалка сталей (с нагревом твч, с применением сталей пониженной прокаливаемости). Назначение, особенности нагрева, получаемые свойства.

При поверхностной закалке на заданную глубину прокаливается только поверхностный слой. Сердцевина остается вязкой и воспринимает ударные нагрузки. Чаще всего в практике применяют поверхностную закалку с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ).

Для нагрева изделие помещают в индуктор, представляющий собой один или несколько витков пустотелой водоохлаждаемой медной трубки круглого или прямоугольного сечения. Переменный ток, протекая через индуктор, создает переменное магнитное поле. В поверхностном слое возникают вихревые токи, нагревающие металл. Глубина нагреваемого

с лоя  зависит от частоты тока f (гц), магнитной проницаемости  (Гс/Э) и электросопротивления  (Омсм) нагреваемого металла:

 = 5000

Для получения слоя глубиной 1 мм оптимальная частота тока составляет 50-60 тыс. герц, для слоя 2 мм ~15 тыс. герц, для слоя 4 мм ~4 тыс. герц.

Выбор оптимальной глубины упрочненного слоя определяется условиями работы детали. Если она работает только на износ, глубину упрочненного слоя принимают 1,5-3 мм, в условиях больших контактных нагрузок – 4-5 мм, для особо высоких контактных нагрузок – 10-15 мм.

При больших скоростях нагрева превращение перлита в аустенит

сдвигается в область более высоких температур. Например, при печном нагреве стали с 0,4%С температура закалки 840-860^оС, а при индукционном нагреве со скоростью 250^оС/сек – 880-920^оС, при скорости 500^оС/сек – 980-1020^оС.

После закалки ТВЧ детали подвергают низкому отпуску при 160-200^оС. При этом структура поверхностного слоя состоит из отпущенного мартенсита с высокой твердостью (55-60HRC в зависимости от марки стали). Далее следует троосто мартенситная зона, плавно переходящая в структуру сердцевины.

Эффект поверхностной закалки может быть получен и при сквозном или глубинном нагреве детали, если она изготовлена из стали пониженной прокаливаемости типа 58(55пп). Глубина закаленной зоны этой стали после закалки с 850-890^оС с отпуском 200-210^оС составляет 1,5-2 мм, предел прочности закаленной зоны равен 2100-2300 МПа при относительном удлинении 3-5% и относительном сужении 25-30%.

Малая глубина закалки объясняется ограниченным содержанием элементов, увеличивающих прокаливаемость – Si, Mn, Cr, Ni (не более

0,1-0,2% по каждому элементу).

Поверхностная закалка применяется для зубчатых колес, валов, шпинделей, крестовин и других деталей, работающих в условиях трения, контактных и динамических нагрузок.