Решение проблемы дефицита твердости при закалке: советы экспертов

В процессе производства нередко наблюдается недостаточная твердость после закалки, что является распространенным дефектом термообработки и закалки.

Этот дефект проявляется двояко: низкая твердость по всей заготовке и недостаточная или мягкая в отдельных местах.

При недостаточной твердости необходимо провести испытание на твердость или металлографический анализ, чтобы определить причину, а затем изучить потенциальные факторы, способствующие этому, такие как сырье, процесс нагрева, охлаждающая среда, метод охлаждения и температура отпуска, чтобы найти решение.

I. Сырьевые материалы

1. Неправильный выбор сырья или неправильное распределение материалов

Важно выбрать подходящий материал для деталей, чтобы избежать недостаточной твердости или мягких мест. Среднеуглеродистая сталь или высокоуглеродистая сталь следует использовать вместо низкоуглеродистой стали, а легированную инструментальную сталь следует использовать вместо обычной высокоуглеродистой стали.

В примере 1, используя сталь #45 Вместо стали #25 для шестерни закалочная твердость составляет 60HRC по сравнению с твердостью 380hbs.

В примере 2 рекомендуется использовать для пресс-формы сталь 9mn2v вместо стали T8, так как при закалке 9mn2v было ошибочно применено охлаждение маслом, что привело к твердости всего 50HRC.

Оба случая иллюстрируют общую недостаточную твердость, которая может быть обнаружена с помощью теста на твердость или металлографического теста.

Чтобы избежать этих проблем, рекомендуется:

• Правильно подбирайте материалы в процессе проектирования.
• Усилить управление материалами, проводя химический анализ и классификационную маркировку перед хранением материала.
• Перед началом процесса попросите оператора термообработки провести искровой анализ, чтобы убедиться, что материал соответствует требованиям чертежа.
• Рассмотрите возможность использования легированная сталь с хорошей прокаливаемостью при большом поперечном сечении заготовки или большой толщине.

2. Неоднородная микроструктура сырья приводит к недостаточной локальной твердости или мягким участкам

Наличие карбидной сегрегации или скопления, например, скопления феррита, графита или сильного Структура Widmanstatten в микроструктуре может привести к недостатку твердости или образованию мягких пятен.

Для решения этой проблемы рекомендуется гомогенизировать микроструктуру путем повторной ковки или предварительной термической обработки, такой как нормализация или гомогенизация. отжиг перед закаливанием.

II. Процесс нагревания

1. Низкая температура закалки и короткое время выдержки

Твердость гипоэвтектоидной стали может пострадать, когда температура нагрева падает между AC3 и AC1, так как феррит не полностью растворяется в аустенитчто приводит к образованию смеси феррита и мартенсита вместо однородного мартенсита после закалки. Это можно увидеть с помощью металлографического анализа.

Аналогично, недостаточный нагрев или время выдержки могут препятствовать превращению перлита в аустенит в высокоуглеродистой и особенно высоколегированной стали, что влияет на твердость заготовки.

На производстве эти проблемы часто возникают из-за отклонений в показаниях температуры или неравномерной температуры печи, а также из-за неправильной оценки толщины материала.

Чтобы избежать этих проблем, рекомендуется:

• Контролируйте скорость нагрева для предотвращения неравномерной температуры печи и преждевременной выдержки.
• Регулярно проверяйте точность приборов, показывающих температуру.
• Для определения скорости и температуры нагрева при закалке строго следуйте руководству по материалу.
• Точная оценка толщины материала, особенно для деталей специальной формы.

2. Температура нагрева при закалке слишком высока, время выдержки слишком велико

Для инструментальной стали, такой как T8, при температуре закалки 780e образуются аустенит и карбид (Fe3C). Количество углерода, растворенного в аустените, немного превышает 0,77%. При охлаждении аустенит превращается в мартенсит.

Однако если температура нагрева слишком высока или время выдержки слишком велико, большое количество углерода в карбиде растворяется в аустените, повышая его стабильность и вызывая превращение аустенита в мартенсит по мере снижения температуры. Это приводит к образованию большого количества сохранившийся аустенит присутствующие в заготовке после закалки, что приводит к микроструктуре m + AC.

Сохранившийся аустенит обладает аустенитными свойствами и низкой твердостью, что приводит к снижению твердости после закалки. Содержание сохранившегося аустенита может зависеть как от температуры нагрева, так и от температуры отпуска.

Чтобы избежать этой проблемы, рекомендуется:

• Строго контролируйте температуру закалки и время выдержки, чтобы предотвратить растворение избыточного углерода в аустените.
• Уменьшите скорость охлаждения при закалке или используйте ступенчатую закалку, чтобы недоохлажденный аустенит превратился в мартенсит.
• Превращение сохранившегося аустенита в мартенсит с помощью холодной обработки.
• Используйте высокотемпературный отпуск для уменьшения содержания аустенита и повышения твердости.

3. Во время закалки и нагрева поверхность заготовки обезуглероживается

После закалки на поверхности стали #45 с помощью металлографического анализа обнаружены феррит и мартенсит с низким содержанием углерода. Однако после удаления обезуглероживание слой, твердость соответствует требованиям.

Эта проблема часто возникает при нагреве в коробчатой печи без надлежащей защиты или с плохой защитой, или при нагреве в соляной ванне с плохим раскислением, что приводит к реакции кислорода и атомов углерода в заготовке с образованием CO, уменьшая содержание углерода на поверхности заготовки, что приводит к недостаточной твердости поверхности.

Чтобы избежать этой проблемы, рекомендуется:

• Используйте неокислительную нагревательную печь с защитной атмосферой, например, защитной атмосферой крекинга спирта и метанола.
• Применяется закалка с вакуумным нагревом.
• Соберите и запечатайте общую печь коробчатого типа с помощью железного лома или древесного угля.
• Нанесите на поверхность заготовки антиокислительное покрытие.
• Поместите древесный уголь в печь и нагрейте заготовку, предварительно покрыв ее раствором борной кислоты и спирта.

III. Проблемы с процессом охлаждения

1. Неправильный выбор закалочной среды

Твердость заготовок, закаленных в воде или соляной ванне и охлажденных маслом, часто бывает низкой из-за недостаточной охлаждающей способности и медленной скорости охлаждения, что приводит к превращению аустенита в перлит (AYP) вместо мартенсита (m), особенно в сердцевине заготовки.

Например, твердость ручного молотка T10, закаленного в масле, составляет всего около 45HRC, что подтверждается металлографическим анализом, который показывает наличие троостита, а не мартенсита.

Для решения этой проблемы важно выбрать подходящий охлаждающая среда в зависимости от материала, формы и размера заготовки.

2. Влияние температуры закалочной среды

При непрерывном закаливании большого количества деталей через закаливание водойОтсутствие циркуляционной системы охлаждения может привести к повышению температуры воды и снижению охлаждающей способности, что приведет к разрушению закалки.

При использовании масляного охлаждения низкая температура и плохая текучесть масла в начале процесса могут привести к недостаточной охлаждающей способности и разрушению закалки.

Чтобы избежать этих проблем, рекомендуется:

• Применяйте циркуляционную систему охлаждения и поддерживайте температуру воды на уровне около 20E во время закалки.
• Правильно нагрейте масло, особенно в начале, до температуры выше 80E, следуя принципу "холодная вода и горячее масло" при закаливании.

3. Слишком старая среда для закаливания

Избыток примесей в щелочной (солевой) ванне или недостаточное количество воды могут привести к появлению мягких пятен во время закалки.

Чтобы предотвратить эту проблему, важно регулярно менять закалочная среда и правильно контролировать содержание воды в щелочной (солевой) ванне.

4. Неправильный контроль времени охлаждения

При изготовлении деталей переключателей со сложным или большим поперечным сечением из углеродистой стали для предотвращения деформации и растрескивания используются закалка в воде и охлаждение в масле. Однако из-за высокой температуры детали и особенно медленной скорости охлаждения сердцевины невозможно получить равномерный и полный мартенсит.

Для решения этой проблемы рекомендуется:

• Правильно контролируйте время охлаждения водой. Если заготовка зажата плоскогубцами, немедленно перенесите ее в масло, когда рука перестанет ощущать вибрацию.
• Удалите отходы из больших полостей, чтобы уменьшить толщину заготовки перед закалкой.
• Помните, что слишком длительное время пребывания в соляной ванне при ступенчатой закалке может привести к бейнитному превращению и недостаточной твердости.

В заключение следует отметить, что явление недостаточного закаливания часто встречается, и оператор должен определить причины и найти решения на основе конкретного анализа и различных ситуаций.