Отжиг сталей, виды отжига

Отжиг заключается в нагреве стали выше критических температур (точек А_с1или А_с3), выдержке при данной температуре и медленном охлаждении (обычно вместе с печью).

Цель отжига - устранить внутренние напряжения, измельчить зерно, придать стали пластичность перед последующей обработкой и привести структуру в равновесное состояние

Диффузионный отжиг (гомогенизацию) применяют для устранения дендритной ликвации в стальных слитках и отливках, для повышения пластичности и вязкости легированных сталей, что достигается за счет более благоприятного распределения избыточных карбидов в результате их частичного растворения и коагуляции. Схема технологического процесса включает нагрев до температуры примерно 1100 °С, длительную выдержку (в течение 8…20 ч) и медленное охлаждение. Однако из-за высоких температур гомогенизации происходит рост зерна стали, поэтому требуется дополнительно проводить полный отжиг или нормализацию.

Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа и повышения пластичности холоднодеформированной стали. Процесс включает нагрев до температур, превышающих порог рекристаллизации (650…760 °С), выдержку в течение 0,5…1,5 ч и последующее медленное охлаждение. После такого отжига вытянутые в результате деформации зерна феррита становятся равноосными, а также происходит коагуляция и сфероидизация частиц цементита, в результате повышается пластичность сталей.

Отжиг для снятия остаточных напряжений применяют для стальных изделий после литья, сварки или механической обработки. Остаточные напряжения возникают из-за неравномерного охлаждения, неоднородности пластической деформации. Процесс включает нагрев до 160…700 °С, выдержку в течение 2…3 ч и последующее медленное охлаждение. Выбор температуры зависит от вида предшествующей обработки: после резания - при 570…600 °С, сварки - 650…700, шлифования - 160…180 °С.

Для получения равновесной структуры с целью снижения твердости, повышения пластичности и вязкости стали, улучшения обрабатываемости, измельчения зерен отжиг проводят при температурах выше точек А_с3или А_с1и подразделяют на полный, неполный и изотермический.

Полный отжиг применяют для перекристаллизации всей структуры доэвтектоидной стали с целью измельчения зерна ферритной и перлитной составляющих и снятия остаточных напряжений. Сталь нагревают на 30…50 °С выше точки А_с3, выдерживают при этой температуре и медленно охлаждают вместе с печью. Образовавшийся в процессе мелкозернистый аустенит обеспечит стали высокую вязкость и пластичность.

Неполный отжиг применяется для улучшения обрабатываемости резанием и получения зернистого перлита в структуре заэвтектоидных сталей. Он включает нагрев на 30…50 °С выше точки А_с1, но ниже точки А_с3, выдержку и последующее медленное охлаждение.

Изотермический отжиг применяется для измельчения зерна, снижения твердости и снятия внутренних напряжений. При этом в 2…3 раза сокращается длительность технологического процесса, что особенно важно при отжиге больших поковок из легированных сталей. Схема технологического процесса включает нагрев деталей до температуры выше точки А_с3на 20…30 °С, выдержку и последующее сравнительно быстрое охлаждение до температур 680…620 °С (ниже температуры точки А_r1на 50…100 °С) и выдержку при этой температуре до полного распада аустенита, после чего детали охлаждают на воздухе.

Изотермический отжиг приводит к получению более однородной феррито-перлитной структуры, так как температура по сечению изделия выравнивается и превращение по всему объему детали происходит при одинаковой степени переохлаждения. Поэтому изотермический отжиг применяется часто, особенно для легированных сталей.

Нормализация сталей

Нормализацией стали называется нагрев доэвтектоидной стали выше точки А_с3, эвтектоидной стали - выше точки А_с1, заэвтектоидной стали - выше точки А_сmна 30…50 °С, выдержка и последующее охлаждение на воздухе.

После нормализации углеродистые стали имеют ту же структуру, что и после отжига, но перлит будет более дисперсным (тоньше пластинки ферритоцементитной смеси).

Цель нормализации доэвтектоидных и эвтектоидных сталей та же, что и полного отжига. Однако после нормализации твердость и прочность стали будет выше, чем при отжиге. Нормализация применяется для устранения крупнозернистой структуры, выравнивания механических свойств. В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет цементитную сетку.

Закалка сталей

Закалка является основным видом упрочняющей термической обработки сталей.

Закалка - процесс нагрева стали выше точки А_с3(полная закалка) или А_с1(неполная) на 30…50 °С с последующим быстрым охлаждением. Цель закалки - получение высокой твердости и заданных физико-механических свойств. Способность стали принимать закалку возрастает с увеличением содержания в ней углерода. При содержании углерода менее 0,2 % сталь практически не закаливается.

Доэвтектоидные стали подвергают полной закалке (А_с3+ 30…50 °С), при этом обеспечивается полное превращение феррито-перлитной структуры в структуру мелкозернистого аустенита, а после охлаждения - мелкокристаллического мартенсита. Неполная закалка с межкритических температур приводит к сохранению в структуре закаленной стали кристаллов доэвтектоидного феррита низкой твердости. Твердость стали после закалки будет неоднородна и существенно понижена, поэтому неполная закалка доэвтектоидных сталей применяется редко.

При нагреве заэвтектоидных сталей на 30…50 °С выше температуры точки А_с1перлит полностью превращается в аустенит, а часть вторичного цементита остается нерастворенной. Ее закалка приведет к превращению аустенита в мартенсит, зерна которого окаймлены частицами нерастворенного цементита. Такая сталь обладает повышенной твердостью и износостойкостью. Закалка заэвтектоидных сталей от температур выше А_стснижает твердость стали из-за увеличения количества остаточного аустенита и, самое главное, модет вызвать перегрев. Поэтому для заэвтектоидных сталей обычно применяется неполная закалка.

Скорость нагрева и время выдержки деталей зависят от размеров, массы деталей, их конфигурации, химического состава материала деталей, от типа нагревательных печей и нагревательных сред.

При закалке в качестве охлаждающей среды чаще всего используют воду, иногда с добавками солей, щелочей. Для увеличения охлаждающей способности применяют также масла, расплавленные соли и металлы.

Возможность упрочнения сталей путем термической обработки обусловлена наличием аллотропических превращений в твердом состоянии. Охлаждая аустенит с различными скоростями и вызывая тем самым различную степень переохлаждения, можно получить продукты распада аустенита, резко отличающиеся по строению и свойствам.

Под критической скоростью закалки V_кр понимают минимальную скорость охлаждения, обеспечивающую бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит. Это позволяет получить неравновесную структуру с высокой твердостью » 600 НВ, износостойкостью и прочностью, но низкой ударной вязкостью.

Малая скорость охлаждения V₁ < V_кр приводит к образованию грубой смеси феррита и цементита, перлита с твердостью 10 HRC. Чем больше скорость охлаждения, тем более мелкодисперсная образующаяся феррито-цементитная смесь.

Сорбит (первая закалочная структура), получающийся при скорости охлаждения стали V₂ > V₁ представляет собой смесь феррита и цементита; он отличается от перлита более тонкодисперсным строением, твердость сорбита 20 HRC. Стали с сорбитной структурой износостойкие и используются для изготовления нагруженных изделий.

Троостит (вторая закалочная структура) получается при скорости охлаждения V₃ > V₂ в результате распада переохлажденного аустенита при 500…550 °С, обладает значительной упругостью; представляет собой тонкодисперсную смесь феррита и цементита. Твердость троостита составляет 30 HRC.

Сталь со структурой троостита отличается высокими значениями прочности и упругости. Ее используют, главным образом, для изготовления пружин и рессор.

Превращение аустенита в мартенсит происходит при очень быстром охлаждении (V_кр). При этом мртенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в a-железе. Мартенсит - твердая и хрупкая структура; твердость его 62…66 HRC.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: