1.3 Дефекты термически обработанных деталей

От неправильного проведения закалки в деталях могут возникнуть различные дефекты [5].

Недогрев получается в том случае, если сталь была нагрета до температуры ниже критической. Например, если доэвтектоидную сталь нагреть до температуры ниже температуры в точке Ac₃ 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 (НВ 80), 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 крупноигольчатый мартенсит. Механические свойства перегретой стали низкие (чрезмерная хрупкость). 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 зерна, поэтому сталь становится очень хрупкой; пережог является неисправимым браком.

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 (частично) 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). Например, наибольший объем из структур имеет мартенсит, поэтому при закалке с получением мартенситной структуры будет увеличиваться объем детали. Коробление может происходить без изменения объема (под влиянием термических напряжений) и с изменением объема (под влиянием структурных напряжений).

Для предотвращения деформаций и коробления необходимо обеспечить медленное охлаждение в интервале мартенситного превращения путем ступенчатой и изотермической закалок, закалки в двух средах, изготовления деталей из легированных сталей, чтобы их можно было закаливать в масле.

Уменьшение коробления достигается также правильным способом погружения детали в охлаждающую жидкость, например, длинные стержневые детали необходимо охлаждать в вертикальном положении.

При наличии на поверхности детали окалины и загрязнений, соприкосновении деталей друг с другом в процессе охлаждения, неравномерном охлаждении, неравномерной структуре стали (крупные зерна наряду с мелкими, полосчатость), загрязнении стали неметаллическими включениями в некоторых зонах детали вместо мартенсита образуется троостит или сорбит и твердость детали получается неравномерной (пятнистая закалка). Способами борьбы с пятнистой закалкой являются предохранение деталей от образования окалины в процессе нагрева, очистка деталей перед закалкой, выбор правильного способа охлаждения, контроль стали на однородность [5].