Поверхностное обезуглероживание

Описание. Обеднение стали углеродом, начинающееся с поверхности. Как правило, наружный слой стали почти полностью обезуглерожен. К этому слою примыкает область с пониженным содержанием углерода. При почти полном отсутствии углерода говорят о полном обезуглероживании, при уменьшенном содержании этого элемента — о    частичном    обезуглероживании.
Обезуглероживание у края поперечного сечения образца после его разрушения (на поперечном темплете — шлифе) обнаруживается с помощью локального химического анализа и анализа микроструктуры. Структура полностью обезуглероженной зоны представляет собой чистый феррит; Структура переходного слоя характеризуется посте-
пенно уменьшающейся к   сердцевине долей феррита.
Причины возникновения. Взаимодействие углерода, содержащегося в стали, главным образом с кислородом, а также с водородом окружающей среды, причем реакционная способность в системе металл — газ, так же как и диффузия кислорода и водорода, увеличиваются с ростом температуры. Поскольку диффузионный перенос контролируется, кроме того, временем, то и обезуглероживание увеличивается с ростом продолжительности нагрева. Основными причинами являются:
а)   обезуглероживающая    атмосфера при нагревах стали до температур горячей деформации и при   отжиге (в    печах без защитной или нейтральной атмосферы);
б) попадание в печь обезуглероживающей атмосферы при отжиге в печах с защитным газом  (например, при    светлом отжиге холоднодеформированных изделий);
в)   недостаточное удаление окалины с поверхности термически обрабатываемых изделий, в частности при отжиге в печах с защитным газом;
г) обезуглероженная поверхность у исходных заготовок.
Предупреждение. Создание надлежащей атмосферы, определяющей незначительное, обезуглероживание при нагревах исходных заготовок до температур горячей деформации или отжига.
Применение ускоренного нагрева.
Применение нагрева под деформацию или отжиг в защитной атмосфере с соответствующим регулированием ее состава.
Герметичность нагревательных устройств, предотвращающая подсос воздуха при отжиге в защитной атмосфере.
Использование очищенных от окалины полуфабрикатов при их отжиге в печах с защитной атмосферой.
В специальных случаях возможно применение науглероживающей атмосферы.
Использование исходных заготовок с необезуглероженной поверхностью.
Устранение. В зависимости от типа изделий возможны огневая зачистка, шлифовка, обточка. В редких случаях применяют науглероживающий отжиг.
Примечание. Обезуглероживание поверхностной зоны уменьшает ее прочность, твердость и соответственно сопротивление деформации и изнашиванию. Поэтому обезуглероживание поверхности особенно нежелательно для инструментальных, подшипниковых и износостойких сталей1.
К обезуглероживанию поверхности склонны практически все стали, содержащие >0,2% С. Необезуглероженную поверхность можно получить только при нагревах в соответствующих защитных атмосферах или при удалении обезуглероженных поверхностных слоев. Однако по экономическим и техническим соображениям это возможно только для ограниченного круга специальных изделий (например, сталей, к которым предъявляются требования повышенной отделки поверхности, тянутой стальной проволоки, горячекатаного стального прутка, предназначенного для волочения).
Поэтому обезуглероживание поверхности рассматривается как дефект только в том случае, если оно превышает допустимую величину. Электротехнические стали (трансформаторная, динамная) для уменьшения ваттных потерь специально для обезуглероживания отжигают в большинстве случаев в атмосфере водорода.

Поверхностное обезуглероживание горячекатаного прямоугольного прутка
Обезуглероженная поверхностная зона в подшипниковой стали
Распространение обезуглероживания по сечению горячекатаной стальной полосы

Источник: Атлас дефектов стали. Пер. с нем. М. "Металлургия", 1979.