Jakie defekty cieplne łatwo pojawiają się w obróbce cieplnej

Obróbka cieplna jest ważnym procesem poprawiającym właściwości materiałów metalowych, a kluczem zegara obróbki cieplnej jest niewątpliwie proces nagrzewania.Jeśli wystąpią błędy w ogrzewaniu, powodujące wady ogrzewania, będzie to miało poważny wpływ na wydajność metalu, a czasami spowoduje nieodwracalne straty.Jakie są zatem rodzaje wad cieplnych w obróbce cieplnej i jakie są ich przyczyny?

Jedna z wad ogrzewania: przegrzanie
Gdy temperatura materiału stalowego jest zbyt wysoka lub czas przetrzymywania w wysokiej temperaturze jest zbyt długi, dochodzi do rozrostu ziaren austenitu.Zjawisko to nazywa się przegrzaniem.Rozdrabnianie ziarna austenitycznego będzie skutkowało wyższą kruchością i niższą ciągliwością stali, zwiększy skłonność do deformacji i pękania podczas hartowania, a tym samym obniży właściwości mechaniczne części.Brak kontroli przyrządu do pomiaru temperatury pieca jest zwykle główną przyczyną przegrzania.Ogólnie rzecz biorąc, przegrzanie stali może rozdrobnić ziarno austenitu poprzez wyżarzanie, normalizowanie lub wielokrotne odpuszczanie przegrzanej konstrukcji w wysokiej temperaturze.

Jednak nawet jeśli materiał stalowy o przegrzanej strukturze zostanie ponownie uszlachetniony, nieuchronnie pojawią się gruboziarniste pęknięcia, co nazywa się dziedzicznością pękania.Jest to zwykle spowodowane zanieczyszczeniami, takimi jak siarczek manganu, rozpuszczającymi się na granicy faz kryształów austenitu podczas przegrzania.Kiedy stal jest uderzana, łatwo jest pękać wzdłuż granicy ziaren gruboziarnistego austenitu.
W przypadku ponownej obróbki austenityzującej stali o strukturze gruboziarnistego martenzytu, bainitu i widmanstattenu, nawet po nagrzaniu stali do konwencjonalnej temperatury hartowania z małą szybkością nagrzewania i nie wystąpieniu przegrzania, ziarna austenitu będą nadal wykazywać tendencja do szorstkości.Zjawisko to nazywa się dziedzicznością strukturalną.Dziedziczność gruboziarnistej struktury można wyeliminować przez pośrednie wyżarzanie lub wielokrotne odpuszczanie w wysokiej temperaturze.

Wada ogrzewania 2: przepalanie
Poza zgrubieniem ziaren austenitu, zbyt wysoka temperatura nagrzewania spowoduje również inny zły wynik - lokalne utlenienie lub stopienie granic ziaren.Taka sytuacja doprowadzi do osłabienia granic ziaren metalu, poważnego pogorszenia właściwości i pękania podczas hartowania.Zjawisko to nazywa się przepalaniem.Ponieważ nadpalanie obejmuje zarówno procesy fizyczne, jak i chemiczne, po jego wystąpieniu struktura metalu jest trudna do odzyskania, więc można ją tylko wyrzucić.Dlatego w procesie obróbki cieplnej musimy unikać przegrzania spowodowanego wysoką temperaturą ogrzewania.

Wada ogrzewania 3: odwęglenie i utlenianie
Materiały stalowe o określonej koncentracji węgla mogą zwiększać twardość, wytrzymałość zmęczeniową i odporność na zużycie metali.Jednak podczas ogrzewania węgiel na powierzchni stali będzie utleniany przez tlen, wodór, dwutlenek węgla, parę wodną i inne substancje w wyniku bezpośredniego kontaktu z medium lub atmosferą, co zmniejszy stężenie węgla na powierzchni stali, wpłynie na twardości powierzchni, wytrzymałości zmęczeniowej i odporności na zużycie oraz powodują szczątkową koncentrację naprężeń rozciągających na powierzchni stali, tworząc w ten sposób pęknięcia sieci powierzchniowej.Zjawisko to nazywa się odwęgleniem.

Nie tylko pierwiastek węglowy na powierzchni stali zostanie utleniony, żelazo i stop zostaną również utlenione przez tlen, wodór, dwutlenek węgla, parę wodną i inne substancje w medium lub atmosferze, tworząc warstwę tlenku.Zjawisko to nazywa się utlenianiem.Dokładność wymiarowa i jasność powierzchni przedmiotu obrabianego w wysokiej temperaturze zostaną zmniejszone po utlenieniu, a części stalowe o słabej hartowności powłoki tlenkowej są podatne na hartowanie miękkich punktów.
W celu zapobieżenia odwęgleniu i utlenianiu powierzchnię części stalowych należy owinąć i uszczelnić folią ze stali nierdzewnej, nagrzać piecem solnym lub płomieniowym, a jako atmosferę ochronną zastosować oczyszczony gaz obojętny.

Wada ogrzewania 4: kruchość wodorowa
Gdy stal o wysokiej wytrzymałości jest podgrzewana w atmosferze bogatej w wodór, jej plastyczność i wytrzymałość ulegną zmniejszeniu.Zjawisko to nazywane jest kruchością wodorową.Kruchości wodorowej można uniknąć przez ogrzewanie w próżni, w atmosferze o niskiej zawartości wodoru lub w atmosferze obojętnej.Kruchość wodorową można wyeliminować poprzez odpuszczanie, starzenie i inne zabiegi usuwania wodoru z przedmiotów obrabianych, które wykazują kruchość wodorową.W niektórych przypadkach kruchość wodorową można również wykorzystać do osiągnięcia specjalnych celów przetwarzania, takich jak kruszenie stopów.