Сл.24. Отжиг для предупреждения флокенообразования

Флокенами называют хрупкие трещины, возникающие во внутренних объемах крупных поковок или прокатных профилей большого сечения. Появление флокенов обусловлено совместным действием водорода и растягивающих напряжений. Растворимость водорода в стали, находящейся в аустенитном состоянии, плавно уменьшается при понижении температуры и скачкообразно падает при γ  α превращении. Вследствие этого при охлаждении стали после горячей обработки давлением происходит выделение водорода из твердого раствора. Водород, выделяющийся в поверхностных слоях заготовки, удаляется в атмосферу диффузионным путем. Времени для удаления водорода из глубинных объемов оказывается, как правило, недостаточно, и происходит скопление его в дефектных местах кристаллической решетки. С понижением температуры давление водорода, выделивщегося внутри металла, быстро возрастает. Возникающие при этом растягивающие напряжения, суммируясь с напряжениями того же знака любого другого происхождения (термическими, фазовыми, деформационными), могут превысить сопротивление разрушению стали и вызвать образование внутренних трещин – флокенов.

Для предотвращения образования флокенов необходимо возможно полнее удалить водород из глубинных объемов стали и снизить внутренние напряжения. Достигается это путем проведения специальной термической обработки. Так как основная масса водорода выделяется в процессе превращения аустенита, а флокены образуются при низких температурах (чаще всего ниже 300...200 °С), то противофлокенная термическая обработка должна быть такой, чтобы обеспечить превращение аустенита и гарантировать удаление выделившегося водорода при температурах, исключающих образование флокенов.

Рис. 12.9. Схема диаграмм превращений переохлажденного аустенита (а) среднелегированных сталей (35Х, 55Х, 45ХН и др.) и режим их противофлокенной термической обработки (б)

Предотвратить образование флокенов в поковках из углеродистых и низколегированных сталей сечением до 100... 150 мм можно путем непрерывного медленного охлаждения после окончания горячей пластической деформации. В интервале температур (300... 100 °С), опасном с точки зрения образования флокенов, скорость охлаждения должна быть не выше 10 град/ч.

Сл.25. Поковки большего сечения (до 700 мм) из низко- и среднелегированных сталей, обладающих относительно невысокой устойчивостью переохлажденного аустенита в перлитной области температур, подвергают двухступенчатой изотермической обработке (рис. 12.9).

По окончании горячей деформации поковки немедленно помещают в нагретую печь, накапливая их до полной загрузки печи (первая ступень). В течение этой первой выдержки, температура которой обычно близка к температуре максимальной скорости диффузионного превращения, происходит перлитное превращение аустенита и выделение водорода из твердого раствора.

Затем температуру повышают и делают вторую изотермическую выдержку, достаточную для полного завершения превращения аустенита и удаления выделившегося водорода в атмосферу. Температуры первой и второй ступеней обработки назначают в зависимости от химического состава стали. Стали мало различающиеся по кинетике превращений аустенита, подвергают обработке по одному и тому же режиму.

Сл.26. Рассмотренная выше противофлокенная термическая обработка неприемлема для высоколегированных конструкционных сталей типа 18X2H4BA, 38XH3MA и др., переохлажденный аустенит которых не претерпевает перлитного превращения или последнее начинается после очень длительного инкубационного периода и протекает крайне медленно. Такие стали подвергают трехступенчатой противофлокенной обработке (рис. 12.10).

Рис. 12.10. Схема диаграмм превращений сталей типа 18Х2Н4ВА (а) и режим их противофлокенной термической обработки (б)

В течение первой ступени – накапливания заготовок в печи – сталь сохраняет аустенитную структуру. Следующая ступень обработки заключается в охлаждении до температур мартенситного интервала. Так как устойчивость переохлажденного аустенита этой группы сталей в температурном интервале промежуточного прекращения относительно невелика, то во время охлаждения часть аустенита успевает превратиться в бейнит. Образование бейнита и мартенсита приводит к выделению водорода из твердого раствора. Длительность выдержки ниже Мн должна обеспечить выравнивание температуры по сечению изделия. В то же время она должна быть заведомо меньше инкубационного периода образования флокенов. Заключительная третья ступень обработки при температурах, близких к нижней границе интервала А₁, обеспечивает удаление водорода в атмосферу. Температуру третьей ступени назначают с учетом характера легирования стали. Чем больше содержание в стали никеля, понижающего интервал А₁, тем ниже температура последней стадии обработки.

Высоколегированные стали, содержащие свыше 10... 12 % легирующих элементов, подвергают более сложной многоступенчатой противофлокенной обработке.