4. Отпуск стали

Отпуск-процесс термической обработки-нагрев закаленной стали до температуры не выше Ас₁(727^оС), обусловливается превращение неравновесной структуры закаленной стали в более равновесную.

Отпуск проводят для снижения или полного устранения внутренних напряжений, уменьшение хрупкости закаленной стали и получения требуемой структуры и механических свойств. В зависимости от температуры отпуск делят на низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск-нагрев стали до температуры 250^оС и охлаждение для получения мартенситного отпуска и частичного снятия внутренних напряжений.

Средний отпуск-нагрев стали от 350 до 450^оС и охлаждения для получения структуры троостита отпуска.

Высокий отпуск-нагрев стали до температуры 500-680^оС и охлаждение для получения структуры сорбита отпуска.

Низкий отпуск обычно проводят в масляных ваннах. Для высокого отпуска используют электропечи. Для обеспечения равномерного нагрева применяют электропечи шахтного типа с циркуляцией нагретого воздуха при помощи вентилятора.

В современных термических цехах массового производства для термической обработки применяют агрегаты непрерывного действия, состоящие из нескольких видов оборудования, в которых непрерывно осуществляются все виды термической обработки данных деталей.

В производстве широко применяется закалка с самоотпуском. Этот процесс представляет собой соответствующий нагрев, охлаждение только поверхности или части детали и отпуск за счет остаточный внутренней теплоты.

Температура отпуска при закалке с самоотпуском определяют по цветам побежалости, появляющимся на поверхности детали.

5.Термомеханическая обработка стали

Термомеханическая обработка-процесс, представляющий собой нагрев стали до температуры выше Ас₃, пластическую деформацию аустенита и последующее его превращение с целью получения особой мартенситной структуры.

Различают два способа термомеханической обработки-высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО).

При ВТМО сталь нагревают до температуры выше Ас₃, охлаждают до температуры относительной устойчивости аустенита, но ниже температуры рекристаллизации, пластически деформируют при этой температуре (степень деформации 75-95%) и закаливают.

В обоих случаях после закалки следует низкий отпуск.

ВТМО можно подвергать любые стали, а НТМО только стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита (легированные стали).

По сравнению с обычной закалкой после термомеханической обработки механические свойства получаются более высокими. Наибольшее упрочнение достигается после НТМО.

Повышение механических свойств стали в результате ВТМО объясняется тем, что при пластической деформации (наклепе) аустенита создается мелкоблочное строение. При последующем быстром охлаждении (закалке) измельченный при наклепе аустенит превращается в мартенсит тонкого строения.

При деформации с большими обжатиями, применяемыми при НТМО, в аустените сильно возрастает общая плотность дислокаций, «наследуемая» после закалки мартенситом. Большая плотность дислокаций в мартенсите и обусловливает высокие механические свойства после НТМО.

6. Дефекты термической обработки стали. От неправильного проведения термической обработки в деталях могут возникнуть различные дефекты.

Недогрев. Недогрев получается в том случае, если сталь нагрета до температуры ниже критической. Например, если доэвтектоидную сталь нагреть до температуры немного ниже Ас₃, 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 получается структура мартенсит + феррит. Феррит, имеющий низкую твердость НВ80, находясь вместе с мартенситом, снижает общую твердость закаленной стали. Этот дефект можно исправить, для этого недогретую сталь отжигают, а затем проводят нормальную закалку.

Перегрев. Перегрев получается в том случае, если сталь была нагрета до температуры намного выше критической или при нормальной температуре была дана очень большая выдержка.

В доэвтектоидной стали в случае выделения феррита из крупных зерен аустенита при ускоренном охлаждении в интервале критических точек Ar₃-Ar₁ феррит приобретает форму пластин и получается так называемая видманштеттова структура.

В результате нагрева при закалке образую крупноигольчатый мартенсит. Механические свойства перегретой стали низкие. Исправить перегрев, возникший при отжиге, можно повторным отжигом или нормализацией. Сталь, перегретую при закалке, отжигают и вновь закаливают.

Пережог.

Пережог получается в том случае, если сталь нагрета до температуры начала плавления. Пережог характеризуется оплавлением и в связи с этим окислением металла по границам зерна; поэтому сталь становится очень хрупкой. Пережог является неисправимым браком.

Окисление и обезуглероживание.

Окисление и обезуглероживание стали при нагреве-это результат взаимодействия ее с газами, содержащимися в атмосфере печей (кислорода, водорода, углекислого газа). Окисление характеризуется образованием на поверхности детали окалины, а обезуглероживание – выгорание углерода в поверхности детали с образованием структуры феррита.

Окалина, кроме невозвратной потери металла, приводит к неравномерной твердости деталей (пятнистой закалке) и вызывает необходимость дополнительной обработки, удорожающей стоимость деталей.

В результате обезуглероживание резко снижается твердость на поверхности деталей и выносливость.

Лучшим способом предохранения от окисления и обезуглероживания является нагрев в специальных печах с защитой (контролируемой) атмосферой, нейтральной по отношению к стали.

Закалочные трещины. Закалочные трещины обычно образуются при слишком резком охлаждении или нагреве деталей. Способами предотвращения закалочных трещин являются: равномерный нагрев и равномерное охлаждение детали; применение закалки, при которой обеспечивается медленное охлаждение в интервале мартенситного превращения – ступенчатая и изотермическая закалка, закалка в двух средах.

Коробление. Коробление получается вследствие неравномерного охлаждения отдельных мест детали; при короблении изменяется внешняя форма детали. На коробление значительно влияет форма детали и способ погружения детали в охлаждающую среду. Для предотвращения коробления необходимо: правильно выбирать режим закалки – температуру нагрева, скорость и способ охлаждения; применять закалку в закалочных машинах и штампах.

Пятнистая закалка. К пятнистой закалке приводит неравномерное охлаждение поверхности детали во время закалки, наличие на поверхности детали окалины и загрязнений, соприкосновение деталей друг с другом в процессе охлаждения. При пятнистой закалке твердость детали получается неравномерной. Чтобы избежать пятнистой закалки необходимы: защита поверхности деталей от образования окалины в процессе нагрева, очистка деталей перед закалкой, выбор правильного способа охлаждения.