Решение проблемы недостаточной закалочной твердости стальных труб

Иногда после закалки на производстве возникает недостаточная твердость, что является частым дефектом процесса закалки при термообработке. Существует два проявления «недостаточной твердости»: одно — низкое значение твердости всей заготовки, другое — недостаточная локальная твердость или появление мягких пятен. Когда возникает недостаточная твердость, необходимо использовать методы твердости или металлографического анализа, чтобы проанализировать, какой это тип «недостаточной твердости», а затем найти причины с точки зрения сырья, процесса нагрева, охлаждающей среды, метода охлаждения. и температура отпуска, чтобы найти решения.

1. Сырье

1.1 Неправильный выбор сырья или неправильные материалы: детали, которые должны быть изготовлены из среднеуглеродистой стали или из высокоуглеродистой стали, ошибочно изготовлены из низкоуглеродистой стали, а детали, которые должны быть изготовлены из легированной инструментальной стали, ошибочно изготовлены из обычной высокоуглеродистой стали, что приведет к недостаточной твердости или появлению мягких пятен.

Пример 1: Зубчатое колесо должно быть изготовлено из стали 45#, а его твердость при закалке должна составлять около 55HRC, но по ошибке выбрана сталь 25#, в результате чего твердость составляет всего около 380HBS.

Пример 2: Форма должна быть изготовлена ​​из 9Мн2В, но по ошибке использована сталь Т8. Поскольку искры стали 9Мн2В и Т8 трудноразличимы, при закалке ошибочно используют процесс закалки 9Мн2В и применяют масляное охлаждение. В результате твердость составляет всего около 50HRC.

Вышеуказанные две ситуации относятся к недостаточной общей твердости, которую можно определить методом твердости или металлографическим испытанием.

Решение: Во время проектирования выберите подходящие материалы; усилить управление материалами, проводить химический анализ до того, как материалы поступят на склад, а затем классифицировать и маркировать их, что позволит эффективно избежать отправки неправильных материалов; операторы термообработки должны перед началом работы провести искровой анализ, чтобы примерно определить, соответствует ли материал детали требованиям чертежа; когда поперечное сечение заготовки большое или толщина поперечного сечения заготовки сильно различается, если используется инструментальная сталь из-за ее плохой прокаливаемости, это приведет к низкой внутренней твердости большого поперечного сечения. . В настоящее время вместо этого следует использовать легированную сталь с хорошей прокаливаемостью.

1.2 Неравномерная микроструктура сырья приводит к недостаточной твердости или размягчению локальных участков: Если микроструктура имеет одно из следующих состояний: сегрегация или агрегация карбидов, например, ферритная агрегация, графит, сильная видманштеттеновая структура и т. д., недостаточная твердость или возникнут мягкие пятна.

Решение: Повторная ковка или подготовительная термообработка (например, нормализующий или гомогенизирующий отжиг) перед закалкой, чтобы сделать структуру однородной.

2. Процесс нагрева

2.1 Низкая температура закалочного нагрева и недостаточное время выдержки: например, для заэвтектоидной стали, когда температура нагрева находится между Ac3 и Ac1 (например, температура закалочного нагрева стали 25# ниже 860 ℃), поскольку феррит не полностью растворенный в аустените, после закалки не удается получить однородный мартенсит, а образуются феррит и мартенсит, что влияет на твердость заготовки. Из металлографического анализа видно, что феррит не растворился. Для высокоуглеродистой стали, особенно высоколегированной стали, если время нагрева или выдержки недостаточно, перлит не может превратиться в аустенит и не может быть получен мартенсит. На реальном производстве описанная ситуация часто вызвана отклонением показаний прибора (слишком высокая индицируемая температура) или неравномерностью температуры печи, из-за которой фактическая температура заготовки становится слишком низкой; толщина заготовки оценивается неверно, в результате чего время выдержки оказывается слишком коротким.

Решение: Контролируйте скорость нагрева, чтобы избежать слишком высокой скорости нагрева, которая приведет к неравномерной температуре печи, а также приведет к преждевременному времени выдержки, что приведет к недостаточному времени выдержки; часто проверяйте, исправен ли и точен ли индикатор температуры, чтобы избежать ситуации, когда индикатор показывает достигнутую температуру, но фактическая температура недостаточна; строго определите скорость и температуру нагрева закалки в соответствии с руководством по эксплуатации, чтобы предотвратить слишком низкую или слишком высокую температуру закалки; правильно оценить толщину материала, особенно для деталей специальной формы.

2.2 Температура закалочного нагрева слишком высока, а время выдержки слишком велико: для инструментальной стали (например, стали Т8) при температуре закалочного нагрева 780 ℃ образуются аустенит и карбид (Fe3C). В это время содержание углерода в аустените несколько превышает 0,77%, и после охлаждения аустенит превращается в мартенсит. Если температура нагрева слишком высока или время выдержки слишком велико, большое количество углерода в карбиде (Fe3C) растворится в аустените, что приведет к высокому содержанию углерода в аустените и значительно увеличит его стабильность, в результате чего аустенит превратится в мартенсит (АйМ). Температура начинает падать, поэтому после закалки в заготовке сохраняется большое количество остаточного аустенита (Ac), и образующаяся структура представляет собой M+Ac. Поскольку остаточный аустенит обладает аустенитными свойствами, то есть низкой твердостью, после закалки твердость снижается.

Влияние температуры нагрева и температуры отпуска на содержание остаточного аустенита

Решение: Строго контролировать температуру закалочного нагрева и время выдержки, чтобы предотвратить растворение избыточного углерода в аустените (А). Важнее контролировать температуру нагрева; снизить скорость закалочного охлаждения или использовать ступенчатую закалку для полного превращения переохлажденного аустенита в мартенсит; использовать холодную обработку для превращения остаточного аустенита в мартенсит; используйте высокотемпературный отпуск, чтобы уменьшить остаточный аустенит, и вместо этого увеличится твердость.

2.3 При закалке и нагреве поверхность заготовки обезуглероживается: после закалки стали 45# по данным металлографического анализа ее поверхность представляет собой феррит и низкоуглеродистый мартенсит, а после шлифования поверхностного обезуглероживающего слоя твердость соответствует требованиям. Такая ситуация часто возникает в камерной печи без защиты или плохой защиты, или при нагреве в плохо раскисленной соляной ванне, вызывающем реакцию кислорода с атомами углерода в заготовке с образованием CO, что снижает содержание углерода на поверхности заготовки и приводит к тому, что ее поверхность твердость будет недостаточной.

Решение: Используйте неокисляющую нагревательную печь с защитной атмосферой, например, защитной атмосферой крекинга спирта или метанола; использовать закалку вакуумным нагревом; для обычных коробчатых печей для герметизации короба можно использовать чугунные опилки или древесный уголь; на поверхность заготовки наносится антиокислительное покрытие; в печь помещается древесный уголь; перед нагревом заготовку покрывают борной кислотой или спиртовым раствором.

3. Проблемы с процессом охлаждения

3.1 Неправильный выбор закалочной среды: Если заготовка, которую необходимо закалить в воде или соляной ванне, охлаждается в масле, охлаждающая способность недостаточна, а скорость охлаждения слишком мала. В процессе охлаждения аустенит превращается в структуру типа перлита (АуП), а мартенсит (М) не может быть получен (особенно в сердцевине заготовки), что приводит к низкой твердости заготовки. Например, твердость ручного молотка из Т10 составляет всего около 45HRC при закалке в масле. Металлографический анализ показывает, что полученная структура представляет собой троостит, а не мартенсит.

Решение: подходящую охлаждающую среду следует выбирать в соответствии с материалом, формой и размером заготовки.

3.2 Влияние температуры закалочной среды: При закалке в воде большое количество деталей закаливается непрерывно. Если нет циркуляционной системы охлаждения, температура воды повысится, холодопроизводительность уменьшится, закалка не закалится. При охлаждении в масле температура масла низкая, а текучесть в начале закалки низкая, поэтому охлаждающая способность недостаточна, что приводит к сбою закалки.

Решение: При закалке водой следует использовать циркуляционную систему охлаждения, чтобы поддерживать температуру воды на уровне около 20°C; при остывании масла, особенно в начале, его следует как следует нагреть до температуры более 80°С. В этом причина «холодной воды и горячего масла» при закалке.

3.3. Среда во время закалки слишком старая: если щелочная (солевая) ванна содержит больше примесей или слишком мало воды, легко образуются мягкие пятна закалки.

Решение: Необходимо своевременно заменять закалочную среду и контролировать содержание воды в щелочной (солевой) ванне.

3.4 Неправильный контроль времени охлаждения. Когда для изготовления переключателей со сложными или большими сечением деталей используется углеродистая сталь, для предотвращения деформации и растрескивания применяют закалку водой и охлаждение маслом. Детали остаются в воде слишком короткое время или слишком долго остаются в воздухе после того, как их вынули из воды и затем перенесли в масло. Из-за высокой температуры самих деталей, особенно из-за медленной скорости охлаждения сердечника, невозможно получить однородный и полный мартенсит.

Решение: Правильно контролируйте время охлаждения воды. Если вы зажимаете заготовку плоскогубцами, сразу же перенесите ее в масло, когда перестанете чувствовать вибрацию. Для форм с большими полостями перед закалкой следует сначала удалить отходы, чтобы уменьшить толщину заготовки. При ступенчатой ​​закалке бейнитное превращение происходит, когда заготовка слишком долго находится в соляной ванне, что приводит к недостаточной твердости.

Короче говоря, часто происходит недостаточное гашение, и оператор должен проанализировать конкретную ситуацию в зависимости от различных ситуаций, выяснить причины и преодолеть их.