Pereosnastka.ru

Классификация брака термической обработки деталей. Цель термической обработки — придание стальным деталям таких свойств, которые обеспечивают их длительную работу без разрушения. Процессы термической обработки, как правило, включают нагрев и охлаждение. Брак деталей в результате термической обработки зависит от ряда причин, к которым необходимо отнести: несоответствие результатов анализа марке стали, предназначенной для изготовления данной детали; наличие пороков в металле; нарушение температурного режима нагрева и охлаждения деталей; нарушение состава нагревательной и охлаждающей среды; изменение метода погрузки деталей на приспособление, на под печи, в бак с закалочной средой; небрежное выполнение подсобных и дополнительных операций.

Несоответствие результатов анализа марке стали. Этот брак возникает не только в результате перепутывания заготовок на предыдущих этапах изготовления или на складе, но и в случае, когда из-за небрежности при приемке материала неправильно определено содержание некоторых элементов, оказывающих решающее влияние на качество при термической обработке. К таким элементам относятся в первую очередь углерод, сера, фосфор.

Для обеспечения идентичных результатов при закалке деталей весьма важно ограниченное (до 0,05 %) содержание углерода, т. е. нужна марка, отобранная (селектированная по углероду). Влияние содержания углерода на степень прокаливаемое™ весьма велико; отклонение от заданного .содержания может вызвать резкое снижение качества изделия. Особенно большое влияние оказывает содержание углерода на твердость при нагреве деталей под закалку токами высокой частоты. В зависимости от содержания углерода в стали при закалке получают различное количество мартенсита и, следовательно, различную твердость. Повышенное содержание углерода в цементируемых сталях может привести к их охрупчиванию из-за повышения твердости сердцевины сверх установленной нормы. В этом случае при правке деталей вращения получают массовый брак.

Пониженное содержание углерода в закаливаемых сталях приводит к неполной закалке, характеризующейся наличием в структуре феррита. В результате после отпуска деталь может иметь твердость, предусмотренную техническими условиями эксплуатации, однако предел выносливости будет пониженный из-за наличия в структуре феррита — слабой по механическим свойствам составляющей. Вследствие этого необходимо вводить в показатели контроля качества наряду с твердостью предел текучести и микроструктуру.

Повышенное содержание в стали серы и фосфора по сравнению со значениями, предусмотренными ГОСТами или ТУ, приводит к браку — поломке деталей вследствие хрупкости при правке и эксплуатации.

Отклонение содержания других входящих в состав наиболее употребительных сталей элементов, таких, как хром, никель, марганец, кремний, в диапазоне 0,1—0,2 % в ту или иную сторону не так сильно влияет на качество продукции.

Пороки в металле. Брак из-за наличия в металле пороков, обнаруживаемых в результате термической обработки, встречается весьма часто. Наличие пороков в металле не всегда удается установить до термической обработки. Трещины, раковины, флокены, пузыри, шлаковые включения, риски, волосовины, закаты — это пороки металла, влияющие на качество

термически обработанных деталей и приводящие к браку «по вине металла». Эти пороки нарушают однородность металла и создают в местах их нахождения очаги разрушения.

Сюда можно отнести также брак из-за коробления деталей или несоответствия нормам механических свойств сердцевины цементованной детали (несоответствие зернистости марки стали установленной техническими условиями). Этот вид брака редко классифицируют правильно, так как зернистости стали не всегда придают значение.

Нарушение температурного режима нагрева и охлаждения деталей. Соблюдение режима операций нагрева и охлаждения — основное правило для обеспечения качества.

Нагрев деталей при термической обработке выполняют в строгом соответствии с диаграммой состояния железоуглеродистых сплавов; нарушение режима нагрева неизбежно приводит к нарушению-соответствующих диаграмме закономерностей и, как следствие, вызывает брак детали. Нагрев до температуры ниже верхней критической точки при закалке деталей приводит к уменьшению их твердости и прочности. Нагрев до температуры значительно выше верхней критической точки при закалке стальных деталей вызывает перегрев, связанный с ростом размеров зерна стали, особенно при длительной выдержке при высокой температуре. В результате получают брак деталей по деформации, хрупкости при правке и поломке в эксплуатации из-за снижения прочности металла. Нагрев выше установленной температуры при отпуске приводит к уменьшению твердости, а нагрев ниже установленной температуры — к увеличению твердости.

Проведение процесса цементации или цианирования при температуре выше установленной приводит к браку из-за перегрева металла, т. е. к увеличению хрупкости и деформации, а также к значительному увеличению глубины слоя и перенасыщению его углеродом, что вызывает образование либо цементитной сетки, либо избытка аустенита при закалке. Проведение процесса цементации или цианирования при температуре ниже установленной приводит к недостаточному насыщению углеродом цементованного или цианированного слоя и браку при закалке из-за недостаточной твердости поверхности детали.

При нагревании детали токами высокой частоты (при закалке) явление перегрева также возможно, но оно вызывает лишь появление игольчатой мартенситной структуры. Недогрев в этом случае также сопровождается уменьшением твердости и образованием феррита или троостита.

Нарушение режима охлаждения сильно повышает брак при термической обработке и приводит даже к непоправимым результатам (брак из-за нарушения режима нагрева в большинстве случаев можно исправить). Охлаждение детали при пониженной (по сравнению с установленной по технологии) температуре приводит к образованию трещин и сильному короблению. Попадание воды в масло при закалке также вызывает появление трещин. Охлаждение деталей в масле с температурой выше установленной приводит к уменьшению твердости.

Уменьшение напора воды, подаваемой через индуктор при закалке нагретой токами высокой частоты поверхности, приводит к резкому снижению твердости; увеличение напора воды сверх установленной нормы вызывает образование трещин в местах удара струи о поверхность детали.

При охлаждении деталей в каустическом растворе необходимо контролировать концентрацию раствора, так как повышенное содержание каустика приведет к браку по короблению и трещинам.

Состав нагревательной среды имеет исключительно важное значение для качества деталей, подвергаемых термической обработке. За исключением случаев, когда среда подобрана специально для процесса химико-термического упрочнения, она должна быть нейтральной или восстановительной во избежание окисления поверхности детали.

Наличие в нагревательной среде избытка кислорода приводит к образованию окалины или обезуглероживанию поверхности, вследствие чего детали будут забракованы по твердости. Образование окалины (окиси железа) связано с окислением стали под действием кислорода, углекислого газа, паров воды. В состав печного га^а могут входить различные газы: угарный, углекислый, кислород, водород, водяные пары, азот, метан. Водород обезуглероживает поверхность, углекислый газ окисляет, кислород и водяные пары окисляют и обезуглероживают, угарный газ и метан науглероживают (но после реакции распада могут окислять и обезуглероживать). Нейтральную атмосферу в печи создают в зависимости от температуры и состава стали подбором определенного соотношения различных газов.

Изменение метода погрузки и выгрузки деталей. Размещение деталей на поддоне или поду печи при нагреве имеет исключительно важное значение. Например, если установить зубчатые колеса вертикально на приспособлении, повесив их на штанге, то зубчатый венец образует эллипс, или, если осевые зубчатые колеса расположить горизонтально, установив ось на двух опорах, то также произойдет коробление по ори. Размещение зубчатых колес в стопках вертикально обеспечит минимальное коробление.

Нарушение установленного способа погружения деталей в закалочную среду также ведет к браку вследствие коробления детали. Длинные оси и валы следует опускать в закалочную среду вертикально.

Методы предупреждения брака в термических цехах. Для предупреждения брака цементуемых деталей, кроме систематического контроля за работой гальванометров, необходимо проверять состав цементующего газа, состав и температуру масла в закалочном баке. Эти показатели необходимо контролировать и для предупреждения брака цианируемых и азотируемых деталей.

Один из наиболее эффективных методов предупреждения брака — использование статистических данных по анализу качества деталей. На основании данных этого анализа определяют основные причины брака и принимают меры для исправления технологии или внесения коррективов в технические условия на детали. Этот метод позволяет,, например, уменьшить брак по деформации деталей, изнашиванию и поломкам. На практике с использованием этого метода были решены весьма сложные вопросы качества, связанные с короблением зубчатых колес при термической обработке.

Статистический анализ и учет брака, а также изучение его причин позволяют эффективно его устранять. Причины брака анализируют по данным экспресс-лаборатории. Этот метод следует применять при наладке или разработке технологического процесса.

Работникам технического контроля термических цехов для предупреждения брака рекомендуют вести работу в следующем порядке: перед началом смены необходимо проверить правильность работы всех контрольных приборов (приборы должны быть своевременно проверены и снабжены соответствующим аттестатом); просмотреть журналы экспресс-лабораторий и установить отклонения в работе каждой контролируемой установки или в составе цементующего и защитного газа; осведомиться по документам о поступлении деталей, изготовленных из сталей-заменителей; взять пробы газа для проведения контрольных анализов в лаборатории и выполнить отбор образцов-свидетелей из цементационных печей для контроля глубины цементации по излому; разобрать сводки брака и проконсультироваться с начальником цеховой металловедческой лаборатории по вопросам, связанным с причинами массового брака за предыдущую смену или сутки.

К мероприятиям по профилактике брака следует отнести изучение причин поломки и изнашивания деталей в эксплуатации. Профилактику брака в термическом цехе следует проводить в направлении строжайшего соблюдения технологии — это основное мероприятие для получения прочных и долговечных деталей машин.

Методы контроля в термическом цехе. Контроль температурного режима и состава среды. Температурный режим нагрева и охлаждения, фиксируемый в технологических картах, подлежит контролю гальванометрами. С повышением температуры возрастает сила тока и угол отклонения стрелки гальванометра. Состав газовой среды, науглероживающей или нейтральной, контролируют систематическим отбором проб газа из рабочей камеры печи и проверкой их в газоанализаторе.

Металлографический контроль качества структуры металлов. Цель металлографического контроля качества структуры металла — выявление не только качественных показателей для приемки деталей, но в основном определение степени точности выполнения заданного технологического процесса, так как качество структуры определяют на образце, условно характеризующем партию деталей.

Металлографическим контролем выявляют степень нагрева деталей (перегрев, недогрев), степень насыщения поверхности углеродом, азотом и другими элементами, степень охлаждения и полноту выполнения заданных процессов, отсутствие выдержки после цементации для снижения закалочной температуры и т. д.

Металлографический анализ качества термически обработанных деталей заключается в анализе структуры образца.

Методы контроля продукции. Обычно для контроля отбирают образцы от каждой партии деталей (1—5% общего числа). При обнаружении брака контролю подвергают всю партию. Метод установления причин брака зависит от того, носит ли он единичный или систематический характер. В основном причину брака определяют контролем микроструктуры или химическим анализом металла.

Исправление дефектов термической обработки. Во всех случаях, если сохранены форма и размеры изделия и не нарушена его целостность, дефект может быть исправлен. Безусловно, исправим дефект по твердости. Детали с повышенной твердостью следует повторно подвергнуть отпуску, а детали с пониженной твердостью — повторной закалке и отпуску. Отпуск можно повторять несколько раз. Повторять закалку более 1 раза не рекомендуется, так как она искажает размеры вследствие окисления поверхности и повышенного коробления.

Неудовлетворительные по механической прочности детали можно повторно закалить, подвергнуть отпуску (последний может быть многократным).

Детали с разорванной цементитной сеткой или крупными включениями карбидов подлежат переработке — повторной закалке и отпуску. Детали с поверхностным слоем, неполностью насыщенным углеродом, подлежат повторной цементации, закалке и отпуску. Детали с избытком аустенита обрабатывают холодом или подвергают повторной закалке и отпуску.

Читать далее:

Контроль качества сварочных и слесарно-подготовительных работ

• Ультразвуковая дефектоскопия
• Люминесцентный метод контроля
• Магнитные методы контроля
• Рентгеновский контроль
• Контроль качества сварочных и слесарно-подготовительных работ