Дефекти термічної обробки

Дефекти при відпалі можуть виникати унаслідок недотримання режимів нагріву і охолоджування, застосування дуже високих або дуже низьких температур, надмірної тривалості нагріву.

При дуже швидкому нагріві, особливо виробів крупних розмірів, в результаті теплового розширення зовнішніх шарів у середині виробу можуть виникнути великі розтягуючи напруги, що викликають утворення тріщин. На небезпеку виникнення тріщин необхідно звертати особливу увагу при нагріві сталей з поганою теплопровідністю і високим коефіцієнтом теплового розширення, наприклад аустенітних.

До досягнення температури відпалу необхідно забезпечити вирівнювання температури, особливо для крупних виробів. Нерівномірний нагрів приводить до нерівномірної структури і тим самим до отримання різних механічних властивостей в різних перетинах виробу.

При дуже високих температурах відпалу і надмірно тривалих витримках відбувається утворення грубозернистої структури, званої структурою перегріву. Перегрів сталі можливий при нагріві злитків і заготівок для гарячої деформації.

Перегрів характеризується крупнокристалічним блискучим зламом. Він може бути усунений подальшим відпалом з фазовою перекристалізацією, нормалізацією або гартуванням з високотемпературним відпуском.

Дуже великий перегрів, окрім сильного зростання зерна, може викликати окислення і оплавлення меж зерен. Такий дефект називається перепалом і є непоправним браком.

Неправильно проведене гартування може призвести до недостатньої і нерівномірної твердості, викривлення виробів та утворення тріщин.

Недостатня твердість загартованої сталі пояснюється низькою температурою нагріву під гартування, недостатньою тривалістю витримки при правильній температурі або недостатньо інтенсивним охолоджуванням. У першому випадку мартенсит не набуває достатньої твердості через початковий негомогенний аустеніт. При недостатньо інтенсивному охолоджуванні в структурі сталі можуть бути присутнім продукти дифузійного розпаду аустеніту.

Утворення м'яких плям також є слідством недостатнього прогрівання або не досить інтенсивного охолоджування.

Підвищена крихкість сталі з'являється в результаті гартування від дуже високих температур, при яких відбулося значне зростання зерен аустеніту. Усувають цей дефект повторним гартуванням від оптимальних температур для цієї сталі.

При проведенні термічної обробки наявність газів в атмосфері печі (кисню, водяної пари, вуглекислого газу, окисли вуглецю та ін.) викликає зневуглецювання і окалиноутворення.

Зневуглецювання сталі пов'язано з вигорянням вуглецю в поверхневих шарах. Товщина зневуглецьованого шару може досягати 1,5 – 2 мм

Зневуглецювання поверхні металу обумовлює нерівномірну і неповну загартовуваність, наприклад, інструментальних сталей. Крім того, зневуглецювання сприяє зниженню втомної міцності, погіршенню хімічних властивостей поверхні.

Окислення сталі в процесі нагрівання веде до утворення на поверхні окалини, що складається із з'єднань заліза з киснем FеО, Fе₂О₃, Fе₃О₄. Маса цього шару може складати 1…2% від маси заготівки.

Для захисту від окислення і зневуглецювання виконується світлий нагрів, який здійснюється в печах із захисною атмосферою або вакуумних печах.

Використовуються також інертні гази – атмосфери, які не вступають у взаємодію ні з одним з металів або сплавів і з вуглецем. Найширше застосування в промисловості знаходять аргон і гелій. Необхідно відзначити, що застосування інертних атмосфер вимагає їх ретельного очищення від кисню, двоокису вуглецю та інших газів, а також глибокого осушення.

Останнім часом набуває поширення нагрів в «киплячому» шарі. Якщо продувати гаряче повітря крізь шар, що складається з дрібних частинок (звичайно, корундових діаметром 200…500 мкм), то такий шар «кипить», перетворюючись на рідину. У нього можна занурювати виріб і здійснювати нагрів при продуванні гарячого повітря. Замість повітря можна використовувати інші середовища, у тому числі й нейтральні. «Киплячий» шар може служити і гартівним середовищем при продуванні через нього холодного повітря.

З метою захисту виробу від зневуглецювання і окалиноутворення за відсутності печей із захисною атмосферою нагрів можна здійснювати в ящиках або трубах, що замазують глиною, а також в ящиках із засипкою деревним вугіллям або чавунною стружкою.