Как при термической обработке детали избежать образования окалины и обезуглероживания?

При нагреве в воздушной среде поверхность деталей подвергается окислению и обезуглероживанию. Окисление стали начинается при температуре около 200⁰С (появляются цвета побежалости). Во время нагрева железо легко соединяется с кислородом, в результате чего образуются окислы (FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄), которые называются окалиной. По сути, окалина это выгоревший слой металла, содержание железа в котором достигает всего лишь 30%, а остальное кислород. Окалина очень хрупкое и твердое соединение и при последующей механической обработке увеличивает износ режущего инструмента. Процесс обезуглероживания начинается примерно при температуре 700⁰С. При нагреве до высокой температуры с детали начинает выгорать углерод. Интенсивное обезуглероживание может привести к значительному снижению твердости детали во время закалки. Величина обезуглероженного слоя обычно не превышает 0,1-0,15мм, однако при термообработке некоторых марок сталей (Ст38ХМЮА) глубина обедненного углеродом слоя может достигать и 1мм. Чем выше температура нагрева и больше время выдержки, тем глубже обезуглероженный слой и толще окалина. Чтобы полностью избавиться от данных негативных процессов во время термообработки используют специальные защитные атмосферы и среды. Рассмотрим их более подробно.

В современном производстве для защиты деталей от окисления используют следующие защитные газовые атмосферы: эндогаз, экзогаз, атмосферу из диссоциированного аммиака и инертные газы. Состав защитных газовых атмосфер регулируется по точке росы (температура при которой газ начинает конденсироваться.)

Эндотермическая атмосфера (эндогаз) получается частичным сжиганием метана (СН₄) при большом недостатке воздуха и распадом остальной части метана без доступа воздуха. Эндотермические атмосферы получают в генераторах с подогревом газо-воздушной смеси камере и заполненной катализатором. На первой стадии получения эндогаза происходит горение 1/4 части метана с кислородом воздуха. Во второй части формирование эндогаза происходит взаимодействие оставшегося метана (3/4 части) с продуктами первой реакции. Для поддержания протекания реакций распада метана, второго этап проходит с подводом внешнего тепла. Исходное вещество для получения эндогаза природный газ или сжиженная пропанобутановая смесь. Из приведенной ниже таблицы видно, что основные составляющие эндогаза это окись углерода, водород и азот. Из-за большого содержания водорода эндогаз взрывоопасен, что является его основным недостатком. Содержание кислорода очень маленькое (до 0,01%), что обеспечивает защиту от образования окислов на поверхности детали. В зависимости от содержания двуокиси углерода эндогазовая атмосфера может, как науглероживать, так и обезуглероживать или быть нейтральной. Эндогаз рекомендуется использовать при нагреве под закалку и нормализацию конструкционных и инструментальных сталей.