Рост
зерна при нагреве происходит в тем
большей степени, т. е. зерна тем более
укрупняются, чем выше температура и
больше время выдержки. Получение крупного
зерна в связи с высокой температурой
нагрева называют перегревом металла.
В
сталях рост
зерна аустенита
начинается по существу с момента перехода
за точку Ас3, но сначала этот рост мало
заметен и становится явным лишь при
нагреве на несколько десятков градусов
выше указанных точек. Как начало заметного
роста зерна, так и скорость самого роста
с температурой зависят от качества
(сорта) стали и, в частности, от содержания
в ней углерода.
Перегретая
сталь имеет крупное зерно, которое
наблюдается в ней обычно в сочетании с
видманштеттовой структурой. Имея крупное
зерно, перегретая сталь будет обнаруживать
пониженные механические свойства
(главным образом, низкую ударную
вязкость). Перегрев металла — порок
(дефект), который может бить исправлен
надлежащей обработкой (размельчающим
отжигом, ковкой и т. п.), и, следовательно,
перегрев не столь опасен, если изделие
позволяет произвести обработку.
П
ережог
металла. Наблюдается при таких высоких
нагревах сплава, когда последний близок
к точке начала плавления. В этом случае
по границам зерен сплава начинается
оплавление основной фазы и возможных
примесей (эвтектик) и проникновение к
ним кислорода (из воздуха), дающего с
металлом и примесями неметаллические
(окисные) включения или оболочки,
разобщающие связь между зернами и этим
сильно снижающие прочность и пластичность
металла.
При
сильном пережоге такие неметаллические
пленки вокруг зерен можно видеть на
полированном шлифе даже без травления.
Такие пленки уже нельзя удалить из
металла термической обработкой, и
пережженный металл становится непоправимым
браком, годным лишь в переплавку.
Хотя
пережог должен получаться при достижении
линии солидуса, однако в практике никогда
не рекомендуется доходить вплотную до
линии солидуса при нагреве. В целях
предосторожности максимальным допустимым
нагревом для сталей считается температура
примерно на 100-200° ниже линии солидуса.
16. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита (с-образные кривые). Критическая скорость закалки стали.
Изотермическое
превращение аустенита
— это превращение переохлаждённого
аустенита при постоянной температуре.
Превращение
аустенита в перлит заключается в распаде
аустенита — твёрдого раствора углерода
в γжелезе, на почти чистое α-железо и
цементит.
Реакция
изотермического
превращения аустенита:
Feγ(C)
→
Feα
+ Fe3C
(Цементит)
При
температуре равновесия A1
превращение аустенита в перлит невозможно,
так как при этой температуре свободные
энергии исходного аустенита и конечного
перлита равны. Превращение может начаться
лишь при некотором переохлаждении.
На
рисунке показано время превращения
аустенита в перлит в зависимости от
степени переохлаждения, т.е. превращение
переохлаждённого аустенита при постоянной
температуре. Поэтому такие диаграммы
обычно называют диаграммами
изотермического превращения аустенита.
Кривые на диаграмме изотермического
превращения аустенита
имеют вид буквы С, поэтому их часто
называют С-образными или просто С-кривыми.
Горизонтальная линия M показывает
температуру начала бездиффузного
мартенситного превращения. Свойства и
строение продуктов превращения аустенита
зависят от температуры, при которой
происходил процесс его распада.
Минимальная
скорость охлаждения, достаточная для
предотвращения распада аустенита, носит
название критической скорости З. стали.
Скорость
закалки (vK) — Это такая наименьшая из
скоростей охлаждения, при которой в
закаливаемой стали образуется только
мартенсит (без троостита), предотвращая
диффузионный распад, т. е. происходит
лишь одно мартенситное превращение.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
[c.513]
К числу возможных дефектов металлов, обработанных давлением, относятся температурные, или термические, напряжения, мелкие внутренние трещины, большой угар, хрупкость металла, пережог, разрывы, чернота, неточная фигура.
[c.302]
Трудность автоматизации процесса и в связи с этим большая роль квалификации обслуживающего персонала. Эти обстоятельства часто приводят к неисправимым дефектам закалки (сильный перегрев и пережог, оплавление металла, трещины) и браку изделий.
[c.101]
Расследованием установлено, что падение крана вызвано наличием старых сплошных трещин у пластин (фланцев) в узлах с болтовыми соединениями в каждой из жестких опор и некачественных сварных тавровых швов, соединяющих пластины с несущими уголками. Сварные швы тавровых пластин (с несущими уголками жестких опор) имели следующие дефекты несплавления основного металла с наплавленным, непровары по всему сечению металла, свищи, пережог наплавленного металла, подрезы, шлаковые включения, поры в виде сплошных сеток.
[c.60]
Наиболее опасный дефект — пережог металла. При пережоге в металле шва образуются окисленные зерна, обладающие малым взаимным сцеплением из-за наличия на них пленки окислов. Пережженный металл хрупок и не поддается исправлению. Пережог возможен при сварке окислительным сварочным пламенем и плохой защите расплавленного металла сварочной ванны от кислорода и азота воздуха. Участки с пережженным металлом вырубают до основного металла и заваривают.
[c.200]
ПЕРЕЖОГ — неисправимый дефект металла, обычно поверхностный, образующийся при его нагреве в окислительной среде до температур, близких к температуре плавления. П. характеризуется появлением на границах зерен грубых окисных пленок.
[c.102]
Основными дефектами сварного соединения являются 1) смещение свариваемых поверхностей, 2) непровар, 3) перегрев, пережог, 4) подгар поверхности деталей, 5) трещины в зоне сварки, 6) отступления от формы и требуемых размеров, 7) чрезмерно большое количество выдавленного металла. Основные признаки и причины дефектов см. в табл. 111.
[c.364]
Переварка или подварка вершины шва имеет целью устранить дефекты, обычно встречающиеся в вершине шва непровар, пережог, газовые поры. Именно поэтому необходима подрубка вершины шва при этом металл снимается обычно на ширине 6—10 мм мъ глубину на 5—8 мм. Пустоты, черновины, обнаруживаемые при подрубке, указывают на дефекты сварки такие участки вырубаются до здорового металла.
[c.236]
Дефекты сварки термического класса непровар, который представляет собой частичное отсутствие сплавления свариваемых кромок со стороны корня шва или частичное отсутствие сплавления наплавленного металла с основным пористость, представляющая собой газовые пузырьки в металле трещины шлаковые включения пережог — окисление по границам зерен прожог — сквозное проплавление металла подрез — углубление основного металла в месте его перехода к поверхности шва.
[c.547]
Дефекты при стыковой сварке смещение свариваемых деталей непровар перегрев и пережог подгар поверхности деталей в зажимах чрезмерно большое количество выдавленного металла трещины остатки шлаков и оксидов в сварном шве.
[c.547]
Расслоение. Дефект в виде трещин на кромках и торцах листов и других видов проката, образовавшихся при наличии в металле усадочных дефектов, внутренних разрывов, повышенной загрязненности неметаллическими включениями и при пережоге
[c.97]
Выбор режима нагрева перед обработкой давлением заключается в определении рационального температурного интервала (температур начала и конца обработки) и времени нагрева. Нижняя граница температурного интервала обработки давлением стальных заготовок превышает 727 °С, а верхняя должна быть на 100… 150 °С ниже температуры начала плавления. При нагреве до более высоких температур в металле появляются два вида дефектов — перегрев и пережог При перегреве размеры зерен увеличиваются, пластичность уменьшается
[c.290]
Нагрев стали до температур значительно выше Ас приводит к перегреву металла, следствием которого является образование крупного действительного зерна. Перегрев может быть исправлен повторным нагревом до более низкой температуры. Если нагрев проводится еще выше, чем при перегреве, и металл длительное время находится при этой температуре в окислительной атмосфере печи, то может возникнуть неисправимый дефект — пережог стали. Он сопровождается окислением и частичным оплавлением границ зерен и характеризуется камневидным изломом.
[c.435]
Характерными для аргонодуговой сварки дефектами, которые получаются при несоблюдении условий получения качественных швов, являются непровар, трудно обнаруживаемый при контроле и наиболее опасный вид брака пережог, проявляющийся обычно в виде хрупкости получаемых соединений трещины — результат неравномерного нагрева и охлаждения металлов, а также повышенного содержания в них примесей, пористость шва, наблюдаемая ори избытке выделяющихся в зоне сварки газов, а также при недостатке аргона при сварке с поддувом.
[c.186]
Дефекты термической и химико-термической обработки металлов появляются в результате горячей обработки металлов крупнозернистая структура, оксидные и сульфидные выделения по границам зерен встали, вызванные перегревом крупнозернистая структура и окисление по границам зерен, обусловленные пережогом термические трещины, обезуглероживание, науглероживание, водородные трещины. Окисление по границам зерен вызывает межкристаллитную коррозию, которая в дальнейшем способствует разрушению металла.
[c.537]
Дефекты термической обработки. Перегрев и пережог металла происходят при несоблюдении режима нагрева. При перегреве значительно увеличивается зерно, а при пережоге по границам зерна появляется цепочка окислов. Перегрев можно исправить полным отжигом при нормальной температуре, а пережог устранить нельзя.
[c.20]
Внутренние дефекты — это непровары между свариваемыми кромками деталей, непровары в корне шва, флокены, пережог металла, внутренние трещины, газовые поры и шлаковые включения, не выходящие на поверхность, структурные составляющие, несоответствующие материалам свариваемых изделий.
[c.264]
При микроструктурном методе (микроанализ) исследуется структура и пороки металла с помощью микроскопа, т. е. при более чем 50—100-кратном увеличении. Поверхность шлифа тщательно полируется и протравливается. С помощью микроисследования можно установить качество металла, в том числе обнаружить пережог металла, наличие окислов по границам зерен, засоренность неметаллическими включениями — оксидами, сульфидами, величину зерен металла, изменение состава металла при сварке, микроскопические трещины, поры и некоторые другие дефекты структуры.
[c.270]
Металлографический контроль. Определяют макро- и микроструктуру металла, а также поры, трещины, раковины, непровары, пережог, перегрев, нитриды и другие дефекты сварного шва.
[c.353]
Дефекты сварного шва, которые не могут быть обнаружены внешним осмотром и находятся не на поверхности, а внутри шва, называются внутренними. К таким дефектам относятся внутренние трещины, непровар корня шва, непровар кромок, поры, шлаковые включения, перегрев и пережог металла. Еще большую опасность для сварных изделий представляют внутренние трещины, так как их нельзя обнаружить при внешнем осмотре и своевременно удалить. Внутренние трещины и другие внутренние дефекты можно выявить только с помощью рассмотренных специальных методов контроля.
[c.268]
Пережог. Продолжительное пребывание металла в печи при температурах, близких к началу плавления, приводит к оплавлению легкоплавких примесей, находящихся по границам зерен. Кроме того в результате диффузии кислорода внутрь металла границы зерен окисляются, связь между зернами нарушается и при обработке давлением в металле появляются глубокие трещины, происходит так называемый пережог металла. При незначительном нажатии или ударе такая заготовка разваливается на части с образованием характерного крупнозернистого излома. Пережог является неисправимым браком и заготовка с этим дефектом может быть использована лишь при переплаве металла.
[c.22]
Дефекты сварки. К дефектам сварки относятся непровар, неточность размеров и пережог металла.
[c.98]
Пережог —это более опасный дефект нагрева, приводящий металл в полную негодность. О сущности его говорилось выше (стр. 57).
[c.70]
При горячей обработке давлением (прокатке, ковке) металл нагревают для повышения его пластичности. Сопротивление деформации при нагреве металла может уменьшаться примерно в 15— 20 раз. Нагрев металла при обработке давлением в значительной степени влияет на качество и стоимость полученной продукции. Нагревать металл следует определенное время до соответствующей температуры и при наименьшем угаре. Неправильный нагрев вызывает дефекты в металле трещины, обезуглероживание, повышенное окисление, перегрев и пережог стали. При нагреве в печах тепло пламени передается поверхности металла конвекцией (соприкосновением) и лучеиспусканием от пламени и поверхности раскаленных стенок печи (внешний теплообмен). При высокой температуре (выше 1000°) наибольшая теплопередача происходит лучеиспусканием — до 80%.
[c.156]
Дефекты съа.щк. Выплески металла и пережог у мест сварки в основном связаны с перегревом металла и образуются при недостаточном давлении электродов, большом времени выдержки и большой силе тока.
[c.110]
Во избежание перегрева и пережога металла температура нагрева должна быть на 100—150° ниже линии солидуса по диаграмме состояния железо — углерод для углеродистых сталей. Для легированных сталей устанавливать верхний предел температуры нагрева таким образом нельзя, поскольку они более чувствительны к перегреву и пережогу. Кроме того, в процессе прошивки заготовок из легированных сталей, имеющих, как правило, высокое сопротивление деформации, температура металла сильно повышается. Это нужно учитывать, чтобы избежать образования дефектов на гильзах в виде плен и трещин и получения готовых труб с неудовлетворительными механическими свойствами.
[c.23]
Очень сильный перегрев, кроме сильного роста зерна, может вызвать повреждение границ зерен. Такой дефект называется пережогом. Пережог характеризуется оплавлением и в связи с этим окислением металла по границам зерен и не может быть исправлен термической обработкой. Пережог является неисправимым браком.
[c.63]
Типичные дефекты стыковой, точечной и шовной контактной сварки — непровары, пережоги металла, несплавления, пористость, кольцевые и продольные трещины, вызваны, в основном, нарушением технологии сварки. Дефекты сварки с давлением выявлять обычно труднее, чем дефекты сварки плавлением.
[c.183]
Температура нагрева для горячей деформации зависит в первую очередь от природы деформируемого материала — сталь, медные сплавы, алюминиевые сплавы и другие его химического состава — углеродистая, низколегированная, аустенитная сталь, а также от толщины заготовки. Однако в любых случаях температура нагрева должна быть значительно ниже температуры солидуса сплава. Если металл перегрет, то могут наступить пережог , выражающийся в интенсивном окислении границ зерен, и, как следствие, охрупчивание металла. Пережог — дефект нагрева, который не может быть исправлен. Длительное пребывание металла при температуре несколько меньшей, чем температура пережога, может привести к значительному росту зерна и снижению пластических свойств заготовки — явление перегрева. В значителыюм большинстве случаев перегрев может быть исправлен дополнительной термической обработкой.
[c.399]
Обработка металлов давлением, выполняемая с учетом проверенных опытом условий, оказывает на качество по1 эвок положительное влияние образуется мелкозернистая структура, связь между зернами усиливается, устраняются пустоты и т. д., но в поковках могут быть и недостатки, иногда приводящие к неполноценности или даже к браку изделий. К числу возможных дефектов металлов, обработанных давлением, относятся температурные или термические напряжения, мелкие внутренние трещины, большой угар, хрупкость металла, пережог, разрывы, чернота, неполная фигура.
[c.242]
При горячей обработке давлением в металле могут появляться различные дефекты крупнозернистость и видманштеттова структура (в результате перегрева и пережога стали), трещины и др.
[c.88]
Во время пластического деформирования дополнительного металла имеет место относительное скольжение проволоки по поверхности высаженной канавки, в результате чего контакти-руемые металлы сближаются на очень близкое расстояние. При высоком давлении и температуре происходит сварка, приводящая к увеличению первоначального размера детали 4 до ь Таким образом, в основе этого способа восстановления деталей машин с введением дополнительного металла лежит соединение металлов, основанное на сварке металлов под давлением. Высокое качество сварных соединений при сварке в пластическом состоянии объясняется тем, что при этом способе отсутствуют дефекты, вызываемые переходом металла из твердой фазы в жидкую и обратно пережог, усадочные напряжения и раковины, газовые поры, рыхлость и кристаллические трешины.
[c.184]
При нарушении температурного режима нагрева слитков и деформации перегретого металла, особенно с повышенными обжатиями и редкой кантовкой, возникает дефект осевой пережог , который в макроструктуре имеет вид мелких пор или двух параллельных трещин по сторонам ликвационного квадрата. Наиболее часто дефект встречается в сталях 1Х17Н2, ЭИ481 и др. [212].
[c.271]
Пережог в сталях и сплавах протекает в трн стадии. На первой стадии происходит обогащение границ зерен легирующими элементами. На второй стадии по границам зерен возникают пустоты без признаков окисления металла. На третьей стадии происходит окисление границ зерен. Исправление структуры конструкцион пых материалов после пережога возможно только после первой его стадии путем последующей гомогенизации н отжига. Структурные изменения на второй н третьей стадиях пережога — неустраняемый дефект.
[c.38]
Пережог — образозание н структуре металла окисленных зерен. Сцепление между зернами ослабляется и металл становится хрупким. Причинами пережога являются применение для сварки окислительной зоны нормального пламени -высокая температура сварки плохая защита сварочной ванны от окружающего воздуха применение присадочной проволоки без раскисляющих добавок. Пережог является опасным дефектом, который не поддается ноправле-нию. Участки с пережженным металлом подлежат полному удалению.
[c.174]
Дефекты, возникающие в сварных швах, бывают внешние и внутренние. Квнешним дефектам относятся неравномерность поперечного сечения шва и несоответствие его размеров проектным, подрезы основного металла, чрезмерное усиление, наружные трещины и поры, незаваренные кратеры. Квнутренним дефектам относятся непровары, загрязнение металла шва шлаковыми включениями, внутренние поры и трещины, пережог металла шва, вызывающий изменение структуры и свойств основного металла в зоне теплового влияния. Примеры внутренних и внешних дефектов приведены на рис. 168.
[c.258]
Несоблюденпе установленного режима нагрева по скорости п те-лп1ературам может привести к ряду дефектов в металле, часть которых является непоправимым браком (пережог, трещины).
[c.156]
Дефектами нагрева являются перегрев и пережог. Нагрев стали прп высоких температурах (свыше 1050 С) вызывает быстрое увеличение размеров зерен за счет слияипя более мелких зерен в крупные, т. е. перегрев металла. Крупнозернистый метал.л имеет низкое сопротивление удару и может дать трещины при ковке. Перегрев исправляется термической обработкой.
[c.157]
При нагреве заготовок в них могут появиться различные дефекты, к которым относятся обезуглероживание, окалинообра-зование, или угар, недогрев, перегрев и пережог металла.
[c.66]
При горячей обработке давлением в металле могут появиться такие дефекты, как крупнозернистость и видманштеттова структура в результате перегрева и пережога, трещины, флокены и шиферный излом у легированных сталей и др. Перегрев и пережог металла являются результатом неправильного выбора температуры нагрева при горячей обработке давлением. Для уменьшения сопротивления деформированию и повышения пластичности металла температуру нагрева следует выбирать возможно более высокой однако при высокой температуре могут увеличиться размеры зерен и в связи с этим ухудшатся пластичность и ударная вязкость. Поэтому при горячей обработке давлением должны быть указаны две температуры нагрева температура начала обработки, обеспечивающая наименьшее сопротивление деформированию, и температура конца обработки, обеспечивающая рекристаллизацию металла и необходимые размеры зерен.
[c.167]
Пережог — образование крупнозернистой структуры при наличии окнсных пленок по границам зерен металла вследствие высокотемпературного нагрева. Дефект неисправим.
[c.130]
Недостаточная твердость
Недостаточная твердость закаленного изделия появляется в результате неправильно выбранной температуры закалки или недостаточно интенсивного охлаждения. Скажем, при закалке доэвтектоидных сталей недостаточная твердость может получиться в результате того, что температура закалки была ниже АС3
и в структуре стали сохранился феррит.
Кроме того, в доэвтектоидной стали пониженная твердость может быть результатом перегрева. Образование при этом крупноигольчатой структуры мартенсита, помимо пониженной твердости, вызывает понижение ударной вязкости.
В заэвтектоидных сталях недостаточная твердость закаленного изделия может также являться результатом перегрева и образования крупноигольчатого мартенсита.
Дефекты закалки с нагревом ТВЧ и их предупреждение. Деформация. Трещины.
Раздел: БИБЛИОТЕКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Короткий путь https://bibt.ru
<<�Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>
Деформация.
Хотя деформация деталей при высокочастотной закалке значительно меньше, чем при объемной, тем не менее и в этом случае она может быть причиной брака. Как и при объемной закалке, деформация связана, во-первых, с неравномерностью нагрева и охлаждения и, во-вторых, с увеличением объема стали при образовании мартенсита.
Неравномерность нагрева при высокочастотной закалке вызывается неравномерным зазором по окружности между индуктором и нагреваемой деталью. В тех местах, где зазор меньше, нагрев происходит сильнее. Такое явление называется эффектом близости. Во избежание этого проводят, как указывалось выше, вращение детали при нагреве. Вращение, однако, не дает эффекта, если сама нагреваемая деталь имеет эксцентриситет, или центры станка, в которых она устанавливается, имеют биение.
Неравномерность охлаждения вызывается неравномерной подачей воды через спрейер.
В результате неравномерности нагрева и охлаждения может произойти искривление геометрической оси при закалке цилиндрических изделий типа валов, шпинделей и т. п.
Наибольшая деформация наблюдается при односторонней поверхностной закалке, особенно в тех случаях, когда детали не обладают достаточной жесткостью, как, например, пластины. Однако даже изделия, обладающие высокой жесткостью, такие как рельсы, балки и др., но имеющие большую длину, при односторонней закалке склонны к деформации. В этих случаях уменьшение деформации может быть достигнуто снижением толщины закаленного слоя, а также закалкой обратной, нерабочей стороны пластин или балок.
Увеличение объема при высокочастотной закалке происходит только в поверхностном слое детали, где образуется мартенситная структура. Несмотря на то, что глубина закаленного слоя в большинстве случаев не превышает 2—3 мм, изменение объема даже в таком небольшом слое может привести к ощутимому и нежелательному изменению размеров детали. Например, при поверхностной закалке цилиндрической детали, при равномерном расширении слоя во всех направлениях можно было бы ожидать увеличения диаметра детали примерно, на 3 мкм на каждый миллиметр толщины закаленного слоя. Если же учесть, что в большинстве случаев увеличение объема при поверхностной закалке происходит в основном в направлении глубины слоя (по диаметру детали), то увеличение диаметра можно принять в 3 раза большим, т. е. оно составит примерно 0,01 мм на каждый миллиметр толщины слоя.
Наряду с увеличением диаметра при закалке цилиндрических деталей, особенно в тех случаях, когда длина их значительно превышает диаметр, происходит уменьшение длины. Такое уменьшение может достигать 1 % от длины закаленного участка.
Важным преимуществом высокочастотной закалки является то, что изменение объема, связанное со структурными превращениями, а значит и изменение размеров обрабатываемой детали, могут быть более или менее точно учтены.
Трещины.
Первопричиной появления трещин при высокочастотной поверхностной закалке, как и при обычной закалке, являются внутренние напряжения. Это все те же термические напряжения, возникающие вследствие уменьшения объема металла при охлаждении, и структурные напряжения вследствие увеличения объема стали при образовании мартенсита.
Однако условия возникновения трещин, их вид и размеры при высокочастотной закалке имеют свои характерные особенности. Сущность их сводится к следующему. Поскольку нагреву подвергается только тонкий поверхностный слой металла, то при последующем резком охлаждении он будет стремиться уменьшиться в объеме, но этому будет препятствовать лежащий под ним холодный слой металла. В результате в поверхностном слое возникнут растягивающие напряжения. До 600— 500°С нагретый металл еще сохраняет сравнительно высокую пластичность, но ниже этой температуры пластичность падает, и такие напряжения могут привести к трещинам. При дальнейшем охлаждении ниже 300— 200°С, когда в поверхностном слое образуется мартенсит, происходит увеличение объема металла, и это уменьшает растягивающие напряжения, поэтому возникшие трещины, как правило, не увеличиваются по глубине. По существу это микротрещины, которые во многих случаях могут быть удалены при последующей шлифовке.
Возникновению микротрещин способствует неравномерность охлаждения водяным душем, когда разобщенные тонкие струйки воды, попадая на закаливаемую поверхность, создают неоднородное охлаждение. Образующиеся микротрещины имеют характерное для этого случая расположение, соответствующее расположению отверстий в спрейере.
Неоднородность охлаждения уменьшается при вращении детали. Действенной мерой является также применение индукторов с коническими душирующими отверстиями. В таких спрейерах струя воды по выходе из отверстия расширяется, и при попадании на поверхность детали отдельные струи воды сливаются в общий поток. Применяемое в настоящее время в практике заводов охлаждение масляным душем — эффективное средство борьбы с трещинами.
Перейти вверх к навигации
Окисление и обезуглероживание
Такой брак характеризуются образованием окалины на поверхности стальных изделий и выгоранием углерода в поверхностных слоях (так называемое — обезуглероживание) .
Такой брак термической обработки неисправим,
но если позволяет припуск на механическую обработку, то окисленный и обезуглероженный слой удаляют шлифовкой.
Для предотвращения этого вида брака нагрев изделий рекомендуется проводить в печах с нейтральной атмосферой либо в жидких средах.
Дефекты термической обработки стали
Нарушение в проведении термической обработки металлических изделий приводят к возникновению разнообразных дефектов.
Давайте остановимся на основных дефектах, которые могут возникать в результате термической обработки стали.
Недогрев. Недогрев стали возникает в том случае, когда сталь во время обработки нагревается до температуры ниже критической. В результате этого, к примеру, часть феррита может не превратиться в аустенит.
После охлаждения аустенит остаётся в закалённой стали, в результате этого образуется особая структура.
Перегрев. Перегрев возникает, когда сталь перегревается до температуры намного выше критической, или же в случае, когда температура находилось в норме, но была слишком долгая выдержка.
Перегрев приводит к росту зерен, а при очень сильном перегреве образуется видманштеттова структура, где пластинчатая форма ферритных участков расположены под углом друг другу, в результате чего образуются треугольники. Механические свойства стали находятся на крайне низком уровне.
Перегрев можно исправить путём повторного уже нормального отжига с соблюдением всех норм процесса.
Пережог. Пережог возникает в случае, когда сталь была нагрета до температуры, которая близка к температуре плавления, в результате чего по границам зерна происходит окисление, что делает сталь достаточно хрупкой. Данный вид дефектов исправить нельзя.
Окисление и обезуглероживание. Обезуглероживание и окисление стали во время нагрева является результатом взаимодействия с газами, которые находятся в печах. В результате данного взаимодействия на поверхности стали образуется окалина (при окислении), а в результате обезуглероживания происходит выгорание углерода, что приводит к образованию структуры феррита.
Образование окалины приводят к неравномерности твёрдости металла, вызывает необходимость дополнительной его обработки, а так же дополнительной потери металла.
Результатом действия обезуглероживания является резкое снижение твёрдости и выносливости на поверхностях металла. Для предотвращения данных неблагоприятных последствий, необходимо использовать печи с контролируемой атмосферой.
Закалочные трещины. Закалочные трещины возникают при резком нагреве или охлаждении метала. Предотвращения данных дефектов достаточно просто, достаточно придерживаться правильной технологии нагрева и охлаждения стали.
Коробление. Коробление возникает в результате неравномерного охлаждения отдельных частей детали (мест), в результате этого процесса происходит изменение внешней формы.
На данный процесс большое значение оказывает, как форма детали, так и способ погружения для охлаждения.
Предотвратить образование данного дефекта возможно путём правильного режима закалки.
Пятнистая закалка. Пятнистая закалка является дефектом, который возникает при неравномерном охлаждении поверхности детали, которое осуществляется в процессе проведения закалки.
Способствовать возникновения пятнистой закалки может наличие на поверхности окалины, грязи или в соприкосновение деталей между собой.
Результатом пятнистой закалки является неравномерная твёрдость. Средством профилактики пятнистой закалки является защита поверхности детали от окалины, её очистка и правильный способ охлаждения.
Закалочные трещины
Закалочные трещины могут являться результатом слишком быстрого и неравномерного нагрева, либо слишком быстрого охлаждения,
либо наличия на детали резких переходов сечений, где возникают большие внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию.
Они могут получиться и в том случае, если после закалки деталь сразу не подвергли отпуску для снятия внутренних напряжений.
Для устранения растрескивания деталей при закалке необходимо обеспечить равномерный и более медленный нагрев, использовать закалку с одстуживанием (в двух средах или ступенчатую), отпускать изделия непосредственно после закалки и т.д.
Дефекты, возникающие при закалке стали
Неправильно проведенная закалка вызывает ряд дефектов в металле. К ним прежде всего относятся недостаточная твердость, мягкие пятна, повышенная хрупкость, деформация, коробление и трещины.
Недостаточная твердость может быть следствием заниженной температуры нагрева металла перед закалкой для доэвтектоидных марок стали; недостаточной выдержки металла при температуре закалки; малой скорости охлаждения при закалке; перегрева металла перед закалкой для заэвтектоидных марок стали.
Для исправления этих дефектов необходимо подвергнуть сталь нормализации или отжигу с последующей повторной закалкой при соблюдении установленного режима нагрева и охлаждения.
Мягкие пятнав металле, т. е. незакаленные участки с пониженной твердостью, возникают из-за неоднородной исходной структуры или обезуглероживания поверхности. При наличии, например, в исходной структуре скоплений феррита он не успевает перейти в раствор и сохраняется после закалки. Образование на поверхности изделий обезуглероженных участков, естественно, отражается на твердости металла после закалки. Неоднородность структуры стали перед закалкой исправляют отжигом или нормализацией. Применение более резких охладителей позволяет иногда предупредить^ образование мягких пятен при закалке.
Повышенная хрупкость стали появляется при ее закалке от излишне высоких температур. Дефект обнаруживается при рассмотрении микро структуры или излома стали, а также проявляется при механических испытаниях. Для устранения повышенной хрупкости производят повторную закалку стали по нормальному режиму нагрева.
Деформация, коробление и трещины в изделиях являются следствием объемных изменений и внутренних напряжений в металле при закалке.
Деформация изделий происходит в результате мартенситного превращения стали после закалки. Коробление (поводка) изделий получается при их неравномерном нагреве или охлаждении. Оба эти дефекта могут быть предотвращены или значительно уменьшены равномерным нагревом и охлаждением изделий, применением специальных способов закалки и, наконец, правкой и шлифованием изделий после закалки.
Образование трещин можно предупредить, если правильно конструировать деталь, устранив в ней неравномерные переходы от толстых сечений к тонким и подвергнуть ее отжигу перед механической обработкой для снятия внутренних напряжений. Прерывистая и ступенчатая закалка также способствуют предотвращению закалочных трещин в металле.
Главная / Техника сварки
Назад
Время на чтение: 6 мин
0
6792
Дефекты в сварочном соединении приводят к ухудшению его рабочих и визуальных характеристик. Для обнаружения недочетов соединения существуют разные методики контроля над качеством проведенной работы.
Это может быть простой осмотр сварного соединения. Либо более сложные техники проверки: рентген, аппаратура с применением ультразвуковых волн.
Что можно предпринять в случае обнаружения дефектов шва? Уходит ли деталь в утилизацию? Нет. Если проверка обнаружила у сварочных соединений недоработки, их вполне можно исправить.
В этой статье будут детально рассмотрены варианты сварочных недоработок и как их исправляют.
- Разновидности сварочных ошибок
- Наружные изъяны Непровары
- Подрезы
- Наплывы
- Прожоги
- Кратеры
- Горячие либо холодные трещины
Наружные изъяны
Непровары
Такие наружные недочеты появляются, когда на сварочном оборудовании установлен низкий уровень силы тока. Когда этот показатель занижен, воздействия тока не хватает для полного проваривания стыка.
Также непровары могут получаться при повышенной скорости сваривания деталей. В таком случае металл просто не успевает качественно провариться. Еще одной причиной может послужить неумелое разделывание кромок будущего соединения.
Для предотвращения этого сварочного недостатка достаточно правильно установленной силы тока и оптимальной длины сварной дуги.
Подрезы
Этот изъян характерен для тавровых швов и работы внахлест. В стыковой сварке он встречается редко. Появляется он при неверной настройке дугового напряжения и нарушении скорости сварки.
Предотвращение подрезов происходит достаточно легко. При сварке уменьшается напряжение сварной дуги, нормализуется скорость работы. Для точного результата стоит варить на короткой длине дуги.
Она формирует достаточно тонкое полотно, благодаря которому нормализуется сварное тепловложение. Это защищает от подрезов.
Наплывы
Если во время сварки образуются наплывы, значит неправильно настроен РДС. Для предотвращения появления этого недостатка нужно зачистить сварочные кромки, провести перенастройку аппарата.
Нормализовать показатели тока, напряжения. Проверить скорость подачи прутка, если работа производится полуавтоматическим оборудованием.
Прожоги
Прожогом называют появление в шовном полотне сквозных отверстий. Они часто встречаются в работах новичков. Их причина – низкая скорость сваривания, из-за которой некоторые раскаленные места прожигаются насквозь.
Дефекты сварных соединений
В силу разных причин сварные соединения могут иметь дефекты, влияющие на их прочность. Все виды дефектов швов подразделяют на три группы:
- наружные, к основным из которых относятся: трещины, подрезы, наплывы, кратеры;
- внутренние, среди которых чаще всего встречаются: пористость, непровары и посторонние включения;
- сквозные — трещины, прожоги.
Причинами возникновения дефектов могут быть различные обстоятельства: низкое качество свариваемого металла, неисправное или некачественное оборудование, неверный выбор сварочных материалов, нарушение технологии сварки или неправильный выбор режима, недостаточная квалификация сварщика.
Основные дефекты сварки, их характеристика, причины возникновения и способы исправления
Трещины
. Это наиболее опасные дефекты сварки, способные привести к практически мгновенному разрушению сваренных конструкций с самыми трагическими последствиям. Трещины различаются по размерам (микро- и макротрещины) и времени возникновения (в процессе сварки или после нее).
Чаще всего причиной образования трещин является несоблюдение технологии сварки (например, неправильное расположение швов, приводящее к возникновению концентрации напряжения), неверный выбор сварочных материалов, резкое охлаждение конструкции. Способствует их возникновению также повышенное содержание в шве углерода и различных примесей — кремния, никеля, серы, водорода, фосфора.
Исправление трещины заключается в рассверливании ее начала и конца, с целью исключения дальнейшего распространения, удалении шва (вырубанию или вырезанию) и заваривании.
Подрезы
. Подрезы — это углубления (канавки) в месте перехода «основной металл-сварной шов». Подрезы встречаются довольно часто. Их отрицательное действие выражается в уменьшении сечения шва и возникновении очага концентрации напряжения. И то и другое ослабляет шов. Подрезы возникают из-за повышенной величины сварочного тока. Чаще всего этот дефект образуется в горизонтальных швах. Устраняют его наплавкой тонкого шва по линии подреза.
Подрезы сварного шва
Наплывы
. Наплывы возникают, когда расплавленный металл натекает на основной, но не образует с ним гомогенного соединения. Дефект шва возникает по разным причинам — при недостаточном прогреве основного металла вследствие малого тока, из-за наличия окалины на свариваемых кромках, препятствующей сплавлению, излишнего количества присадочного материала. Устраняются наплывы срезанием с проверкой наличия непровара в этом месте.
Наплыв сварного шва
Прожоги
. Прожогами называют дефекты сварки, проявляющиеся в сквозном проплавлении и вытекании жидкого металла через сквозное отверстие в шве. При этом обычно с другой стороны образуется натек. Прожоги возникают из-за чрезмерно высокого сварочного тока, недостаточной скорости перемещения электрода, большого зазора между кромками металла, слишком малой толщины подкладки или ее неплотного прилегания к основному металлу. Исправляют дефект зачисткой и последующей заваркой.
Прожог сварного соединения
Непровар
. Непровары — это локальные несплавления наплавленного металла с основным, или слоев шва между собой. К этому дефекту относят и незаполнение сечения шва. Непровары существенно снижают прочность шва и могут явиться причиной разрушения конструкции.
Незаполнение и непровар шва
Дефект возникает из-за заниженного сварочного тока, неправильной подготовки кромок, излишне высокой скорости сварки, наличия на кромках свариваемых деталей посторонних веществ (окалины, ржавчины, шлака) и загрязнений. При исправлении нужно вырезать зону непровара и заварить её.
Кратеры
. Это дефекты в виде углубления, возникающего в результате обрыва сварочной дуги. Кратеры снижают прочность шва из-за уменьшения его сечения. В них могут находиться усадочные рыхлости, способствующие образованию трещин. Кратеры надлежит вырезать до основного металла и заварить.
Кратер сварочного шва
Свищи
. Свищами называют дефекты швов в виде полости. Как и кратеры, они уменьшают прочность шва и способствуют развитию трещин. Способ исправления обычный — вырезка дефектного места и заварка.
Посторонние включения
. Включения могут состоять из различных веществ — шлака, вольфрама, окислов металлов и пр. Шлаковые включения образуются тогда, когда шлак не успевает всплыть на поверхность металла и остается внутри него. Это происходит при неправильном режиме сварки (завышенной скорости, например), плохой зачистке свариваемого металла или предыдущего слоя при многослойной сварке.
Посторонние включения сварного соединения
Вольфрамовые включения возникают при сварке вольфрамовым электродом, окисные — из-за плохой растворимости окислов и чрезмерно быстрого охлаждения.
Все виды включений уменьшают сечение шва и образуют очаг концентрации напряжения, снижая тем самым прочность соединения. Дефект устраняют вырезкой и завариванием.
Пористость
. Пористость — это полости, заполненные газами. Они возникают из-за интенсивного газообразования внутри металла, при котором газовые пузырьки остаются в металле после его затвердевания. Размеры пор могут быть микроскопическими или достигать нескольких миллиметров. Нередко возникает целое скопление пор в сочетании со свищами и раковинами.
Пористость в сварном шве
Возникновению пор способствует наличие загрязнений и посторонних веществ на поверхности свариваемого металла, высокое содержание углерода в присадочном материале и основном металле, слишком высокая скорость сварки, из-за которой газы не успевают выйти наружу, повышенная влажность электродов. Как и прочие дефекты, пористость снижет прочность сварного шва. Зону с ней необходимо вырезать до основного металла и заварить.
Перегрев и пережог металла
. Пережог и перегрев возникают из-за чрезмерно большого сварочного тока или малой скорости сварки. При перегреве размеры зерен металла в шве и околошовной зоне увеличиваются, в результате чего снижаются прочностные характеристики сварного соединения, главным образом — ударная вязкость. Перегрев устраняется термической обработкой изделия.
Пережог представляет собой более опасный дефект, чем перегрев. Пережженный металл становится хрупким из-за наличия окисленных зерен, обладающих малым взаимным сцеплением. Причины пережога те же самые, что и перегрева, а кроме этого еще и недостаточная защита расплавленного металла от азота и кислорода воздуха. Пережженный металл необходимо полностью вырезать и заварить это место заново.
Пережог металла шва
При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.
Литература
Внутренние дефекты
Горячие либо холодные трещины
Появлению горячих трещин способствует использование неверного типа присадочного прутка. Металлы детали и электрода должны быть совместимы.
К примеру, нельзя варить алюминиевым прутком нержавеющую сталь. У этих металлов совершенно разные характеристики. Алюминий просто не сможет качественно проварить нержавейку, а потому возникнут трещины.
Второй причиной может стать неправильно проведенная попытка заварить кратер. Если при исправлении этого недочета резко оборвать воздействие, шов может треснуть.
Холодные трещины появляются уже после остывания шва. Если он сделан некачественно, то при затвердевании его полотно может лопнуть. Либо если соединение подвергается механической нагрузке, превышающей уровень его сопротивления.
Этот тип изъянов может проявляться также на поверхности полотна, что частично относит его к внешним дефектам.
Поры
Пористость соединения встречается достаточно часто. Поры внутри тела шва могут образовываться при низкой защите рабочей зоны от кислородного воздействия, игнорировании или неправильном проведении этапа подготовки металла.
Если на кромках стыка осталась ржавчина, какие-либо включения, нарушающие равномерность шва. Подобно трещинам, поры могут быть внутренней или внешней проблемой.
Для избежания появления пористости шва, нужно убедиться, что подача защитного газа настроена правильно и оградить рабочую зону от внешних воздействий, способных нарушить защитный кокон (сквозняки, порывы ветра).
А также правильно провести подготовительный этап.
Основные виды дефектов
Зачастую в нашей работе или в беседе с представителем заказчика мы сталкиваемся с такой проблемой, как элементарное техническое непонимание терминов, связанных с неразрушающим контролем. Это вызвано тем, что во многих компаниях и на предприятиях переговорами и заключениями договоров с подрядчиками , в нашем случае с лабораторией неразрушающего контроля, занимаются люди далекие от этой сферы деятельности: снабженцы, сметчики, коммерсанты и др.
Ниже размещенная статья, как раз и призвана устранить пробелы в знаниях основных дефектов, которые выявляются при проведении неразрушающего контроля, и причин их возникновения. Так же нижеизложенная информация поможет при выборе метода контроля.
Трещина — дефект в виде разрыва металла сварного соединения или наплавленной детали (изделия)
Основными причинами возникновения трещин при сварке являются сварочные напряжения, резкое охлаждение шва, перегрев шва, высокое содержание углерода и кремния в основном металле, неподходящий и/или влажный присадочный и вспомогательный материал. Трещины в металле шва выявляются ультразвуковым и радиографическим контролем.
Оба метода имеют свои слабые стороны при выявлении трещин. Так как трещина является самым опасным дефектом, то предпочтительно применять эти методы совместно.
Радиографический контроль может пропустить трещину в случае ее малого раскрытия и расположения перпендикулярно излучению рентгеновских лучей. Ультразвуковой контроль может не «увидеть» трещину, если она распространяется параллельно направлению распространения ультразвуковой волны. Поверхностные трещины хорошо выявляются с помощью капиллярного, магнитного, вихретокового, а также визуального и измерительного контроля.
Свищ — дефект в виде воронкообразного или трубчатого углубления в сварном шве
Основными причинами образования пор и свищей являются загрязнения в зоне сварки, повышенная влажность окружающей среды и/или сварочных материалов, высокое содержание углерода в основном металле и/или присадочном материале, большая скорость сварки и/или быстрое охлаждение шва, нарушение защиты сварочной ванны (сквозняки, неравномерная подача защитного газа и т.д.).
Выявляются поры и свищи с помощью радиографического и ультразвукового контроля. При выявлении пор, радиографический контроль имеет ряд преимуществ по отношению к ультразвуковому.
При ультразвуковом контроле имеет значение форма, размер, расположение и ориентация поры, что для радиографического контроля несущественно. Выходящие на поверхность поры и свищи зачастую выявляются с помощью капиллярного, магнитного, визуального и измерительного контроля.
Подповехностные поры могут быть выявлены также с помощью магнитного и вихретокового контроля.
Непровар — несплавление в сварном соединении или наплавленной детали между основным металлом и металлом шва (наплавленным металлом) или между отдельными валиками
Основные причины возникновения непроваров — это неправильная подготовка разделки шва (скос кромок, притупление), отсутствие необходимого зазора при сборке, недостаточная сила сварочного тока, превышение скорости сварки.
Выявляется непровар как с помощью ультразвукового, так и с помощью радиографического контроля. В случае доступа к корню шва визуально-измерительным методом контроля. Ограничение для ультразвука при выявление непроваров является только малая толщина свариваемых изделий.
В случае с рентгеном такого ограничения нет.
Выпуклость корня шва — часть одностороннего сварного шва со стороны его корня, выступающая над уровнем расположения поверхностей сваренных деталей (оценивается по максимальной высоте расположения поверхности корня шва над указанным уровнем)
Причиной возникновения выпуклости в корне шва могут послужить большой зазор между кромками при сборке под сварку, неправильная подготовка кромок, высокая сила тока, неправильная скорость сварки, длинная сварочная дуга.
Вогнутость корня шва — углубление на поверхности сварного соединения с односторонним швом в месте расположения его корня (оценивается по максимальной глубине расположения поверхности корня шва от уровня расположения поверхностей сваренных деталей). Образуется вогнутость корня шва при высокой скорости сварки, неправильной подготовке шва при сборке под сварку, при перегреве первого слоя, а также в местах прихваток
Выявляются выпуклости и вогнутости корня шва радиографическим и ультразвуковым контролем, а в случае доступа к корню шва визуальным и измерительным.
Смещение кромок — несовпадение уровней расположения свариваемых (сваренных) деталей в стыковых сварных соединениях. Смещение кромок в сварном соединении образуется при неправильной сборке под сварку, а также при недостаточном количестве и качестве прихваток
Выявляются как радиографическим так и ультразвуковым контролем, а в случае доступа к корню шва визуальным и измерительным.
Прожог — дефект в виде сквозного отверстия в сварном шве, образовавшегося вследствие вытекания части жидкого металла сварочной ванны в процессе выполнения сварки
Образуется при большом токе и малой скорости сварки, при неправильной сборке изделий под сварку (большой зазор между кромок)
Термическая обработка проката – эффективный прием улучшения эксплуатационных показателей различных сталей и сплавов. Различные виды термообработки адаптированы под достижение конкретных результатов. Например, термическая обработка стыков после сварки выполняется методами поверхностной закалки ТВЧ, а для изменения структуры и состава поверхностных слоев стали используется её химико-термическая обработка.
Для обеспечения необходимого качества рассматриваемых технологий необходимо своевременно и эффективно предотвращать возможные дефекты термической обработки.
- Виды термообработки сталей
- Дефекты
- Способы исправления брака
Недостаточная твердость
Недостаточная твердость закаленного изделия появляется в результате неправильно выбранной температуры закалки или недостаточно интенсивного охлаждения. Скажем, при закалке доэвтектоидных сталей недостаточная твердость может получиться в результате того, что температура закалки была ниже АС3
и в структуре стали сохранился феррит.
Кроме того, в доэвтектоидной стали пониженная твердость может быть результатом перегрева. Образование при этом крупноигольчатой структуры мартенсита, помимо пониженной твердости, вызывает понижение ударной вязкости.
В заэвтектоидных сталях недостаточная твердость закаленного изделия может также являться результатом перегрева и образования крупноигольчатого мартенсита.
Дефекты
Дефекты, возникающие при термической обработке стали, принято подразделять на два вида: обратимые и необратимые. В первом случае, их можно «снять» дополнительной тепловой обработкой заготовки, во втором – изделие является браком, и далее подлежит переплавке.
К первой группе относится перегрев – нагрев стали до температуры выше 1250…11000С (меньшие значения – для сталей с повышенным содержанием углерода). Дефект усугубляется, если к тому же увеличить время выдержки заготовки при таких температурах. В перегретом металле начинается интенсивный рост зерен, сопровождающийся неблагоприятным изменением их формы. У высокоуглеродистых сталей на фоне такой структуры дополнительно появляются грубые игольчатые формы цементита Fe3C. В результате механические свойства стали резко падают, причем особенно интенсивно у перегретого изделия уменьшаются показатели ударной вязкости. Такие заготовки разрушаются при попытке любой механической их обработки (а также обработки давлением со сколько-нибудь значительными степенями деформаций).
Перегрев стали можно устранить. Для этого применяют отжиг до температур, на 40…600С превышающих температуру начала аустенитного превращения. После некоторой выдержки заготовки медленно охлаждают вместе с печью. В теплое время года возможно охлаждение на спокойном воздухе (без сквозняков и искусственных воздушных потоков). В результате зерна становятся мельче, приобретают округлую форму, а металлу возвращаются его прежние физико-механические характеристики.
Необратимым дефектом термообработки является пережог. Он возникает при нагреве стали до температур ниже температуры начала плавления на 50…1000С. При таких температурах неметаллические включения в стали, располагающиеся всегда по границам зёрен – сера и фосфор – плавятся. Этому сопутствует также интенсивное окисление, которое проходит по границам зерен. Пережженный металл полностью теряет свою пластичность, следствием чего является появление рваных трещин при последующей ковке или прокатке. Восстановить исходную структуру такой стали невозможно.
Окисление и обезуглероживание
Такой брак характеризуются образованием окалины на поверхности стальных изделий и выгоранием углерода в поверхностных слоях (так называемое — обезуглероживание) .
Такой брак термической обработки неисправим,
но если позволяет припуск на механическую обработку, то окисленный и обезуглероженный слой удаляют шлифовкой.
Для предотвращения этого вида брака нагрев изделий рекомендуется проводить в печах с нейтральной атмосферой либо в жидких средах.
Способы исправления брака
Кроме основных дефектов, каждому виду термической обработки свойственны и локальные. Во многих случаях они устранимы. Типовые дефекты термической обработки стали могут быть сведены к следующим:
- Несоответствие твердости обработанного изделия. Возникает при нарушении заданного режима: например, при повышенной/пониженной скорости охлаждения, недостаточном времени выдержки заготовки в печи или в результате нагрева до более низких/высоких температур. Исправляется повторной термообработкой;
- Появление сетки карбидных включений. Вызывается перегревом стали и устраняется выполнением нормализации металла, либо многократной перековкой заготовки;
- Трещинообразование, вызванное растрескиванием стальной заготовки из-за возникших в ней высоких термических напряжений при мартенситном превращении. Сталь становится хрупкой, излом имеет ярко выраженный крупнозернистый характер. Проявляется при превышении допустимых скоростей охлаждения металла при закалке. Исправить такой брак невозможно;
- Обезуглероживание: выгорание цементита в поверхностных слоях стали с одновременным образованием высокотемпературного оксида железа FeO. Происходит при слишком длительной выдержке нагретой заготовки в печи, либо при использовании пламенных нагревательных устройств с неконтролируемой атмосферой. Брак исправим лишь частично: заготовки можно подвергнуть нормализации, но марка стали при этом изменится в сторону снижения процентного содержания углерода. Нагрев следует вести в электропечах, либо в печах безокислительного нагрева;
- Неравномерная твердость по поверхности или сечению. Дефект связан с некачественным отпуском (например, использованием загрязненной включениями охлаждающей среды или касанием заготовок друг друга в отпускной емкости). Дефект устраняется последующей нормализацией и закалкой с применением более интенсивной охлаждающей среды, в частности, воды или водного раствора NaCl;
- Механическая деформация или коробление термообработанных изделий. Устраняется их правкой на гидравлических прессах, а – при необходимости – применением повторной термообработки, но с более медленной скоростью охлаждения.
Дефекты, возникающие при термической обработке стыков сварных конструкций, устраняются их повторным нагревом и последующим охлаждением на спокойном воздухе.
Услуги по термической обработке стоит заказывать на предприятиях с высокой культурой производства, современным оборудованием, эффективными средствами КИПиА, а также располагающими квалифицированным персоналом.
Закалочные трещины
Закалочные трещины могут являться результатом слишком быстрого и неравномерного нагрева, либо слишком быстрого охлаждения,
либо наличия на детали резких переходов сечений, где возникают большие внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию.
Они могут получиться и в том случае, если после закалки деталь сразу не подвергли отпуску для снятия внутренних напряжений.
Для устранения растрескивания деталей при закалке необходимо обеспечить равномерный и более медленный нагрев, использовать закалку с одстуживанием (в двух средах или ступенчатую), отпускать изделия непосредственно после закалки и т.д.
Дефекты термической обработки и меры их предупреждения.
Дефекты при отжиге могут возникать вследствие неправильного хода нагрева, применения слишком высоких или слишком низких температур, чрезмерной продолжительности нагрева, из-за неподходящей атмосферы в печи и неправильного режима охлаждения.
Недогрев– дефект, образующийся при нагревании стали до температуры ниже критической, что приводит к снижению ее прочности, твердости и пластических свойств. Этот дефект устраняется отжигом или нормализацией с последующей повторной термической обработкой.
Перегрев – дефект, являющийся следствием нагревания стали до температуры намного выше критической или чрезмерно большой выдержки при заданной температуре. Из-за перегрева получается крупноигольчатый мартенсит, механические свойства которого ниже мелкоигольчатого. Перегретую сталь отжигают и вновь подвергают закалке.
Окисление и обезуглероживание – дефекты, являющиеся результатом химических реакций, происходящих при нагреве стали между поверхностным слоем металла и кислородом окружающей среды. Эти процессы оказывают отрицательное влияние на конструктивную прочность изделий, приводят к потерям металла на угар, обуславливают необходимость увеличение припусков для последующей механической обработки. Применяют ряд способов предохранения стальных изделий от окисления и обезуглероживания при нагреве (нагрев в печах с контролируемой атмосферой, нагрев в расплавленных солях, нагрев в ящиках наполненных чугунной стружкой и т.п.).
Коробление и образование трещин – наиболее распространенные дефекты, являющиеся следствием возникновения в деталях больших внутренних напряжений, связанных с изменением их объема при закалке. Объемные изменения и сопровождающее их внутренние напряжения обусловлены двумя причинами. Первая причина – быстрое и резкое охлаждение изделий при закалке, в результате чего объем их различных слоев изменяется неравномерно. Другая причина появления закалочных трещин и коробления – изменение объема изделий при превращении аустенита в мартенсит. Из всех структурных составляющих стали, аустенит имеет наименьший объем, а мартенсит — наибольший. Так как при закалке аустенит переходит в мартенсит не одновременно по всему сечению изделия, в нем возникают внутренние напряжения. В тех местах изделия, где внутренние напряжения выше предела прочности стали, появляются трещины. Если внутренние напряжения значительны, но не достигают предела прочности стали, происходит коробление изделия.
Одним из способов уменьшения внутренних напряжений при закалке является предварительная подготовка изделия путем – отжига, нормализации или высокого отпуска. Весьма эффективный способ уменьшения внутренних напряжений – медленное охлаждение изделий при температурах превращения аустенита в мартенсит.
Недостаточная твердость – такой дефект получается в результате недогрева или недостаточно быстрого охлаждения изделия при закалке. Этот дефект исправляется правильной повторной закалкой, перед которой отжигом, нормализацией или высоким отпуском снимаются внутренние напряжения.
Термическая обработка чугуна.
Предыдущая22232425262728293031323334353637Следующая
Термическую обработку чугунов производят с целью снятия внутренних напряжений, возникающих при литье и вызывающих с течением времени изменением размеров и формы оливки, снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием, повышения механических свойств.
Отжиг чугуна.
Отжиг для снятия внутренних напряжений. Этому отжигу подвергают чугуны при следующих температурах: серый чугун с пластинчатым графитом 500-570 ºС; высокопрочный чугун с шаровидным графитом 550-650 ºС; низколегированный чугун 570-600 ºС; высоколегированный чугун 620-650 ºС. Скорость нагрева составляет примерно 70-100 град/час, выдержка при температуре нагрева зависит от массы и конструкции отливки составляет от 1 до 8 часов. Охлаждение до 200 ºС (для предупреждения возникновения термических напряжений) медленное, со скоростью 20-50 град/час, что достигается охлаждением отливки вместе с печью. Далее отливки охлаждают на воздухе. Результатом этого вида отжига является снятие внутренних напряжений, повышение вязкости, исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.
Смягчающий отжиг (отжиг графитизирующий низкотемпературный) проводят для повышения обрабатываемости резанием и повышения пластичности. Его осуществляют длительной выдержкой при 680-700 ºС (ниже точки А1). Время выдержки для серых чугунов 1-4 часа, для ковких чугунов до 60 часов. Охлаждение медленное для деталей сложной конфигурации и ускоренное для деталей простой формы. В результате этого отжига в чугуне увеличивается количество феррита.
Отжиг графитизирующий, в результате которого из белого чугуна получают ковкий чугун.
Нормализация(серого и ковкого чугуна) при температуре 850-950 ºС. Время выдержки должно быть достаточным для насыщения аустенита углеродом (1 -3 часа). Охлаждение ускоренное, чтобы аустенит смог превратится в перлит и чаще всего осуществляется на воздухе. В результате нормализации получается структура перлит + графит и повышается прочность и износостойкость. После нормализации для снятия внутренних напряжений применяется высокий отпуск при 650-680 ºС с выдержкой 1-1,5 часа.
Закалка и отпуск чугуна.
Для закалки чугун нагревают до температуры 850-950 ºС. Время нагрева обычно составляет от 1 до 3 часов (полное растворение углерода в — железе). Охлаждение осуществляется в воде или масле. При закалке аустенит превращается в мартенсит или троостит + графит. После закалки проводят отпуск при температуре 200-600 ºС. В результате повышается твердость, прочность и износостойкость чугуна.
При изотермической закалке чугун нагревают и выдерживают от 10 до 90 минут, после чего охлаждают в расплавленной соли при 200-400 ºС. В результате этого аустенит распадается с образованием структуры игольчатого троостита + графит. Изотермическая закалка позволяет повысить твердость и прочность, сохраняя пластичность.
Поверхностная закалка с нагревом поверхностного слоя кислородо-ацетиленовым пламенем, ТВЧ или в электролите. Нагрев до 900-1000 ºС. Охлаждение в воде, масле или масляной эмульсии. При поверхностной закалке в поверхностном слое образуется мартенсит + графит или троостомартенсит + графит. Отпуск при 200-600 ºС, охлаждение на воздухе. В результате повышается твердость, прочность и износостойкость поверхностного слоя при наличии мягкой сердцевины.
Старение чугуна.
Для стабилизации размеров литых чугунных деталей, предотвращения коробления и снятия внутренних напряжений применяют старение.
Различают два вида старения: естественное и искусственное. Естественное старение осуществляется на открытом воздухе или в помещении склада. Изделия после литья выдерживаются в течении 6-15 месяцев. При естественном старении снижение напряжений в отливках составляет 3-10 %.
Искусственное старение осуществляется при повышенных температурах; длительность несколько часов.
Нагрев до температуры 550-570 ºС со скоростью 30-60 ºС в час, выдержка при этой температуре 3-5 ч и охлаждение вместе с печью до 150-200 ºС, с последующим охлаждением на воздухе.
Виды отжига
По наличию или отсутствию фазовой рекристаллизации металла эта операция делится на отжиг первого и второго рода. При первом фазовая рекристаллизация не наступает или происходит частично, однако сталь все равно приобретает требуемые свойства (снижается твердость, увеличивается вязкость), а качество ее поверхности становится выше: устраняются очаги окалины, а также следы валков прокатного стана и другие дефекты.
Отжиг второго рода вызывает кардинальные изменения структуры металла: нагрев ведется до температуры на 20…50℃ выше, чем точка начала размягчения (рекристаллизации). При этом важно не перегреть металл, иначе эти изменения станут необратимыми, что отрицательно скажется на качестве изделия, которое будет подлежать переплавке.
Также отжиг делят на полный или неполный. В первом случае сталь нагревают выше предельных показателей, выдерживают строго в течение указанного времени, а затем неукоснительно придерживаются схемы охлаждения. Это позволяет получить металл с точно заданными характеристиками. При неполном варианте температуру нагрева до верхнего критического значения не доводят, а требования по выдержке и времени охлаждения не столь строги.
Особые виды отжига
Отдельно выделяют изотермический отжиг, во время которого металлоизделия:
- нагреваются до аустенитного состояния;
- быстро охлаждаются до +660…+680°C;
- выдерживаются при этой температуре до превращения аустенита в перлит;
- охлаждаются в нормальных условиях – без камер или каких-либо иных установок.
Отжиг изотермического типа – наиболее быстрый и действенный способ придать металлу нужные свойства, однако подходит он не для всех сплавов. Эта технология была разработана для легированных и нержавеющих сплавов, с высокой концентрацией хрома, жаростойких сталей. Эффективнее всего обрабатывать таким образом небольшие изделия, заготовки для изготовления разнообразных инструментов, штамповки.
Рекристаллизационный отжиг позволяет избавиться от последствий предварительной обработки (механической или термической): снять наклеп, убрать другие нежелательные дефекты. Таким образом обрабатывают как небольшие детали, так и проволоку, листовой, трубный, сортовой прокат. Операция заключается в:
- нагревании металла до тех пор, пока температура не превысит предел рекристаллизации на 100…200°C;
- выдержке в том же температурном режиме;
- медленном постепенном охлаждении.
Диффузионный отжиг заключается в экстремальном нагреве металла до показателей, значительно превышающих предельные точки. Метод подходит для сплавов со сложной легирующей композицией, а также с легкоплавкими соединениями в составе. Технология очень эффективная, позволяет получить металл высокого качества. Однако она требует полного контроля над процессом, так как перегретая и пережженная сталь может частично или полностью утратить все полезные свойства и не будет пригодна к дальнейшим операциям.
Возможные дефекты, вызываемые отжигом
Технология отжига выверена десятилетиями практики, и появление дефектов возможно преимущественно при нарушении режима нагрева или других условий работы. Если температура в печи слишком высока (перегрев), в структуре стали начинают образовываться слишком крупные зерна. А если температурные показатели приближаются к точке плавления (пережог), в молекулы металла приникает кислород, запускающий процессы активного окисления. Если перегрев исправляется повторной термической обработкой, то пережог приводит к необратимым изменениям в металлической структуре, что делает изделие непригодным к дальнейшему использованию.
Излишне активное пламя также вредит отжигаемому металлу: на его поверхности появляется окалина – слой из смеси окислов железа. Использовать сталь с окалиной невозможно – возникнут неизбежные проблемы с последующей обработкой, а удаление этого слоя дробеструйным методом или операцией травления приводит к повышению ресурсоемкости: повышенному расходу сил, времени, материалов.
Вредно и обезуглероживание – итог воздействия на отжигаемый металл кислорода. Во время него на поверхностном слое образуются микротрещины, происходит комплексная деформация поверхности.
Отжиг или нормализационный отжиг?
Ошибочно эти две операции – отжиг и отжиг с последующей нормализацией – отождествляются друг с другом, однако на самом деле это две разные процедуры. Ключевое отличие между ними – наличие этапа нормализации во втором случае. Эта дополнительная стадия гарантирует получение показателей прочности и вязкости в среднем на 10% выше, чем аналогичные параметры металла, который прошел только традиционный отжиг. Это объяснимо законами физики: медленное охлаждение стали на воздухе способствует разложению аустенитной фазы в нижнем интервале температур и, как результат, увеличение перлитной составляющей. Это существенно улучшает эксплуатационные характеристики продукции.
Нормализационный отжиг (так называют совокупность двух операций) несколько уступает закалке и классическому высокотемпературному (выполняемому при +550℃) отпуску: механические свойства металла на выходе ниже. Однако технологический процесс значительно менее трудоемок, а по сравнению с процедурой закалки нормализация вызывает меньше тепловых деформаций металла.
Используемое оборудование
Нагрев металла осуществляется в:
- камерных печах (источник тепла может быть открытым или закрытым);
- индукционных печах;
- газопламенном оборудовании.
Операция может проходить в естественных условиях ли в защитной среде (присутствие химически инертных газов или вакуум).
Изотермический отжиг несколько отличается по технологии: он может проводиться не только в печах, но и в рабочих резервуарах с расплавами металлов, солей или других рабочих сред.
Доставка изделий в печь или ванну и из них выполняется на специальных тележках, движущихся по рельсам. Остужение металла осуществляется на них же. Погрузка деталей на тележки и снятие с них производится мостовыми кранами, манипуляторами, талями, а в случае небольших объемов производства – вручную.