Одним из главных недостатков, которые могут возникнуть при закалке стали, являются трещины в изделии. Они могут быть как внутренними, так и внешними, и вызваны деформациями и короблением материала.
Появление трещин при закалке стали обычно связано с растягивающими напряжениями I рода, которые превышают ее сопротивление к разрыву. Трещины образуются при температурах ниже точки начала мартенситного превращения при охлаждении. Уровень склонности к трещинам возрастает с повышением содержания углерода в стали до 0,8%, а также при увеличении температуры закалки и скорости охлаждения в интервале мартенситного превращения.
Кроме того, трещины могут образовываться в изделии из-за концентраторов напряжений, таких как резкое изменение сечения изделия или местные вырезки, углубления и выступы.
Следует отметить, что трещины являются неисправимым дефектом. Для предотвращения их образования рекомендуется:
- При конструировании изделий избегать резких выступов, заостренных углов, резких переходов от толстых сечений к тонким и т.д;
- Также проводить закалку при наиболее низких возможных температурах для деталей, которые прокаливаются полностью;
- Медленное охлаждение в интервале температур мартенситного превращения может быть достигнуто путем закалки в двух средах или ступенчатой закалки;
- Изотермическая закалка и немедленное выполнение отпуска после закалки также могут быть полезны в предотвращении трещин.
Деформация и коробление. Деформация обусловлена изменением размеров и формы изделий под воздействием термических и структурных напряжений, вызванных неоднородными объемными изменениями, такими как неравномерное охлаждение и фазовые превращения.
Коробление, или поводка, является неравномерной деформацией изделий. Оно наблюдается при неравномерном и чрезмерно высоком нагреве перед закалкой, неправильном положении детали при погружении в закалочную среду и высокой скорости охлаждения в мартенситном интервале температур.
С устранением указанных причин коробление значительно уменьшается.
Особенно сложно устранить коробление в длинных и тонких изделиях. Для минимизации этого эффекта, такие детали охлаждают при закалке в зажатом состоянии, используя штампы, прессы и специальные приспособления. При мартенситном превращении сталь разупрочняется: в таком состоянии она легко правится на штампе (1).
(1)Действительно, в процессе мартенситного превращения предел текучести уменьшается в 12— 14 раз. Поэтому для устранения деформации в процессе превращения требуется очень небольшое напряжение (50— 100 МПа).
Изделия после закалки не совпадают по размерам с исходными значениями даже при отсутствии коробления. Для снижения деформации, вызванной этими изменениями, используется подбор стали с соответствующим составом и условиями термической обработки, включая применение ступенчатой и изотермической закалки.
Источник: "Металловедение и термическая обработка металлов" М.Ю. Лахтин.