HomeОбработка сталиТермическая обработка › Напряжения и пороки при закалке стали

Напряжения и пороки при закалке стали

Напряжения и пороки при закалке сталиРассмотренные процессы закалки обусловливались фазовыми и структурными изменениями в стали, легко осуществимыми, и выполнение закалки в практике не представляло бы затруднений, если бы эти изменения не сопровождались неизбежными напряжениями; последние вызывают пороки, ведущие к забракованию изделий и делающие операцию закалки иногда трудной и опасной. Остановимся на происхождении напряжений, их характере и величине.

 

Если представить, что изделие известной формы и размеров, разогретое докрасна (выше А\\ — Аа), погружают в среду комнатной температуры при закалке, нетрудно понять, что в нем не может быть мгновенного и равномерного сокращения объема во всей массе: наружные слои должны сокращаться (вследствие более быстрого охлаждения) раньше, чем внутренние, и уже это должно с самого начала вызвать напряжения в охлаждаемом изделии; внутренние участки будут распирать наружные, вызывая в них напряжения растяжения и испытывая напряжения сжатия от внешних сокращенных слоев.

 

Однако по мере дальнейшего охлаждения внутренние участки, сокращаясь, будут уже испытывать препятствие к этому от охлажденных внешних слоев, и напряжения сжатия в них могут перейти в обратные (растяжения), а в наружных слоях будет также изменяться знак напряжения, вследствие того, что распиравшие их раньше внутренние слои теперь будут тянуть их к сокращению и вызывать напряжения сжатия.

 

Таким образом, в изделии в период охлаждения могут возникать в отдельных участках более или менее сильные напряжения разного знака, обусловленные неравномерными сокращениями объема при изменении температуры. Такие напряжения могут появляться во всяком охлаждаемом теле, так как они связаны с естественным явлением теплового расширения и сжатия во всяком теле. Эти напряжения, обусловленные изменением температуры, называются тепловыми или термическими.

 

Но кроме тепловых напряжений (которые, очевидно, должны быть тем больше, чем больше перепад температур при охлаждении и чем меньше время при этом перепаде), в сталях при закалке появляются еще напряжения, обусловленные превращениями и изменениями фаз и структуры, которые могут привести также к неодинаковым объемным изменениям в отдельных участках.

 

Напряжения, связанные с получением тех или иных структур (обычно при фазовых превращениях), называют структур-и ы м и или фазовыми. В сталях особенно легко могут возникнуть структурные напряжения при образовании мартенсита, обладающего, как известно, наибольшим удельным объемом из всех прочих состояний.

 

Когда в процессе закалки из аустенита образуется мартенсит (или другие состояния закалки), возникновение структурных напряжений неизбежно. Эти напряжения, слагаясь с тепловыми, могут иногда снижать последние, но могут и увеличивать их. Учет этих напряжений вообще затруднителен.

 

Насколько разнообразно могут распределяться напряжения в цилиндрическом стальном образце во время закалки, показывает приведенная на фиг. 158 серия эпюр напряжений, появляющихся в разные этапы охлаждения при закалке в различных местах по сечению образца.

 

Конечно, это не единственный случай распределения напряжений, возможны и другие эпюры в зависимости от состава стали, размеров и формы изделий и от условий закалки.

Закалочные трещины. Что касается величины напряжений, то они могут достигать больших значений, иногда превосходящих прочность (сопротивление отрыву) металла. Отсюда возникновение наиболее опасного порока при закалке — закалочных трещин, которые могут образоваться не только в дефектных местах металла, но и в совершенно здоровом металле, если при неудачно проведенной закалке напряжения достигнут в нем опасной величины.

 

Появлению трещин может способствовать и самая форма закаливаемого изделия: резкие переходы от тонких сечений к толстым, острые углы при переходах и т. п. — все это может усиливать разность объемов между отдельными частями при закалке и концентрировать напряжения до опасного предела.

 

Коробление или поводка. Кроме трещин (вызывающих полный брак изделий), от напряжений возникает еще другой порок закалки — коробление, или поводка, — изделий, выражающаяся в изменении точной формы изделия, чаще всего в искривлении прямолинейной формы, что иногда совершенно недопустимо (например, в сверлах или других инструментах).

 

Очевидно, поводка должна получаться главным образом при неравномерном прогреве или охлаждении изделия и запаздывании в расширении или сокращении одной части сечения изделия перед другой. Иногда поводка бывает столь значительной, что ведет также к полному забракованию изделия; в некоторых же случаях ее удается уменьшить или устранить механической операцией, называемой правкой изделия.

 

Трещины и коробление вызываются тепловыми и структурными напряжениями в стали, которые неизбежны при закалке. Несмотря на это, образование указанных пороков может быть предотвращено или уменьшено разными мерами, которые отчасти будут указаны далее при рассмотрении практики закалки.

 

Известное значение имеет предварительная подготовка структуры перед закалкой путем нормализации или специального отжига для придания стали надлежащей однородности и прочности. Нужно еще заметить, что иногда действие напряжений на образование трещин проявляется не сразу после закалки, а спустя даже продолжительное время.

 

Поэтому в практике рекомендуется закаленное изделие не оставлять в напряженном состоянии, а немедленно подвергать отпуску, который в большей или меньшей мере снижает напряжения, полученные при закалке. Изменения объема при закалке. К порокам закалки относится и увеличение объема, а следовательно, и размеров изделия, вследствие также неизбежного явления — увеличения удельного объема, преимущественно при образовании мартенсита.

 

Эти незначительные изменения объема меняют размеры изделия иногда лишь на доли микрона, но могут иметь значение в том случае, когда требуется большой класс точности (например, при мерительном инструменте). При этом необходимо учитывать возможность изменения размеров после закалки.

 

Об изменениях размеров подобного же порядка будет сказано также при рассмотрении старения закаленных сталей . Обезуглероживание и мягкие пятна при закалке. К числу пороков, наблюдаемых иногда в закаленных изделиях, нужно отнести обезуглероживание стали с поверхности, вызываемое выгоранием углерода при высоком и продолжительном нагреве сплава в окислительной среде. Очевидно, этот порок обусловлен не процессом самой закалки, а способами и атмосферой нагрева.

 

Другой порок — наличие в массе металла мягких, незвкаленных мест так называемых мягковин, обусловлен также не процессом закалки, а качеством металла: существованием в нем анормальной структуры с крупными участками обособленного феррита, которые не успеваю! обуглеродиться и закалиться. Такие места получаются большей частью в наследственно-мелкозернистых сталях.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.