Дефекты и способы их устранения

Окисление и обезуглероживание – дефекты, являющиеся результатом химической реакции происходящей при нагреве стали между поверхностным слоем металла и кислорода окружающим среду. Эти процессы оказывают отрицательное влияние на конструктивную прочность изделий, приводящее к потери прочности металла на удар, обуславливает необходимость увеличения припусков для последующей механической обработки.

Окисление определяют непосредственным осмотром заготовки, а обезуглероживание испытанием на твердость или металлографическим испытанием.

При глубине проникновения больше чем припуск на шлифование, брак неисправимый. Для предупреждения следует вести нагрев в защитной атмосфере, а при отсутствии такой в ящиках с чугунной стружкой, древесным углем с 5% кальциированной соды, пережонным асбестом, белым песком и т.п. В соленые ванны для предохранения от обезуглероживания добавляют молотый ферросилиций в количестве 0,5 – 1% от веса соли или буру, борную кислоту, желтую кровенную соль.

Контроль твердости обычно производят с помощью ЦБМ (пресса Бринеля) – для отоженных сталей.

Карбидная неоднородность возникает из-за недостаточной степени укова. Для её устранения изменяют характер деформирования за счёт применения: усадки, прессования, с последующей прокаткой, ковки с многократной вытяжкой, экструзии и т.д.

Нафталинистый излом характеризуется своеобразным видом излома, что является следствием разрушения по определенным кристаллографическим плоскостям, сопровождается значительным снижением прочностных свойств и особенно ударной вязкостьи.

Вызывается окончанием горячей механической обработки при излишне высокой температуре (1050 – 1150^оС), если степень деформации при последнем отжигании была не большой и если последующий отжиг выполнен недостаточно полно и не обеспечил необходимого значения твердости (HB 255) выполнением повторной закалки без промежуточного отжига.

Устранение нафталинистого излома и восстановление механических свойств сложно. Это достигается многократным и длительным отжигом или отпуском.

Проектирование технологического процесса упрочняющей термической обработки

Определение структуры упрочняющей Т.О.

 

Основной механизм упрочнения это мартенситное превращение. Т.о. заключается в высокой температурной закалке (1000 – 1050^оС масло). Исходная структура перлит + карбиды I + карбиды II. Особенностью закалки является высокий нагрев. Чтобы растворить вторичные карбиды хрома и получить высоколегированный аустенит. Также высокий нагрев обеспечивает получение высоколегированного мартенсита устойчивого от распада. После закалки в масле в структуре содержится наряду с мартенситом, карбидами, повышенное количество остаточного аустенита (<20%).

После закалки проводим низкий отпуск. Два варианта отпуска:

1) температура 170 -200^оС – на максимальную твердость (60 – 62);

2) температура 300 – 350^оС – на максимальную ударную вязкость KCU (0,2 – 0,3).

В окончательной структуре стали всё равно сохраняется до 10% остаточного аустенита.

Проектирование операций закалки и отпуска

Закалка

От выбора температуры закалки зависит фазовый состав, размер зерна, количество остаточного аустенита, а следовательно, свойства сталей. Оптимальная температура нагрева сталей под закалку выше линии А_с1 в заэвтектоидных сталях перлитного класса. Чем выше температура нагрева, тем выше легированность твердого раствора за счёт растворения большего количества карбидной фазы, что положительно скажется на теплостойкости стали. Но с другой стороны, интенсивность растворения карбидов при нагреве выше определённых температур вызывает интенсивный рост зерна аустенита, а значит снижает прочность, и особенно, ударную вязкость.

Качество термической обработки контролируют по структуре и свойствам. Лучший комплекс свойств штамповых сталей достигается при величине зерна балла 9 – 11. Увеличение размера зерна от балла 11 к баллу 9 приводит к снижению прочности и ударной вязкости примерно в 1,5 раза.

Как правило, температура закалки, необходимая для получения большей теплостойкости, лежит выше 40 – 60^оС по сравнению с температурой, позволяющей получить высокую прочность, вязкость и минимальную деформацию инструмента.

Таким образом, высокотемпературный нагрев под закалку возможен из-за наличия нерастворимых первичных карбидов, которые располагаясь по границам зерна сдерживают его рост.

После закалки в структуре штамповых сталей обязательно присутствует остаточный аустенит. Его количество зависит от получаемой степени легированности при нагреве под закалку. С увеличением легированности твердого раствора доля остаточного аустенита возрастает. Количество остаточного аустенита после закалки у полутеплостойких высокохромистых сталей – до 20%. Присутствие остаточного аустенита снижает твердость на 0,5 – 2,0 единицы HRC, предел текучести – примерно на 50 Мпа на каждый процент аустенита.

Охлаждение после аустенизации проводят в масле. Для предупреждения образования закалочных трещин и снижения коробления рекомендуется применять ступенчатую закалку.

Режим закалки для штамповой стали Х12ВМ будет заключаться в высокотемпературной ступенчатой закалке:

1-ый подогрев в ванне-печи до 300 – 350^оС

2-ой подогрев в ванне-печи до 650 – 700^оС

Окончательный нагрев в ванне-печи до 1000 – 1020^оС

Первый и второй подогрев проводится медленнее для превращения перлита в аустенит и выдерживается до выравнивания нужных температур по сечению детали.

Ступенчатый нагрев под закалку будем производить в соляной ванне. Широкое применение этого метода обусловлено следующими преимуществами: высокой интенсивность и равномерностью нагрева, возможностью осуществления местного нагрева, предотвращением окисления и обезуглероживания, жидкая среда защищает нагреваемый инструмент от непосредственного воздействия воздуха, припятствует окислению его поверхности в процессе нагрева, в момент переноса закаленного инструмента в охлаждающюю среду на его поверхности сохраняется тонкая пленка застывшей соли, которая защищает инструмент от интенсивного окисления в процессе охлаждения.

Ступенчатость нагрева нужна для того, чтобы обеспечить равномерный прогрев по сечению, уменьшить внутренние напряжения и деформацию, и снизить опасность образования трещин.

При нагреве инструмента под закалку будем использовать наиболее распространенную соль БМ3Ю состав по массе 96,9% BaCl₂+3MgF₂+0,1B; t_плав=940^оС, t_прим=1050–1300^оС. Ректификаторы вводятся (через каждые 4 часа) отдельно:

1. Бура 0,5%

2. Ферромлиций 0,3%

3. Фтористый магний 0,5%

Закалку будем проводить в печи-ванне электродной, рабочей температуре 1230 – 1260^оС, с max рабочей температурой 1300^оС.

После закалки твердость стали Х12ВМ HRC 63 – 65. Микроструктура М + К_I(5–10%) + A_ост(до 20%)

 

Отпуск

После закалки обязательно делается отпуск для получения более стабильного состояния сплава. Он снимает напряжение, остаточный аустенит и обеспечивает окончательные свойства сталям.

В процессе отпуска происходит выделение из твердых растворов дисперсионных карбидов и превращение А_ост объединяется в мартенсит. А_ост объединяется при нагревах с легирующими элементами и при охлаждении с температур отпуска превращается в мартенсит. В результате отпуска твердость повышается до HRC 57–59 (одновременно повышается и предел прочности). Структура сталей после отпуска состоит из М_отп+К_I(10 -15%)+А_ост(до 10%)

Отпуск для стали Х12ВМ следующий: однократный 1,5 часовой с температурой 350 – 400^оС. Отпуск будем проводить в стандартной электродной соляной ванне с формой рабочего пространства в виде шестигранной призмы типа С – 75 (рис. 3, лист 2), с max рабочей температурой 1300^оС.

В качестве среды для отпуска будем использовать расплав соли:

30% BaCl₂ + 20% NaCl + 50% CaCl₂, с t_плав = 450^оC, t_раб = 500 – 675^оС

После проведения закалки и отпуска сталь Х12ВМ должна обладать следующими свойствами: твердость не ниже 57 – 59 HRC, теплостойкость T=420^оС, удовлетворительная прочность и вязкость, высокое сопротивление малым пластическим деформациям. Структура стали: М+К_I(10–15%)+А_ост(до 10%)