Термічна обробка сталей - 1 частина

Основні види термічної обробки сталей

Основними видами термічної обробки є отжиг, нормалізація, гарт і відпустку.

Розглянемо, чому зазначений інтервал температур є оптимальним.

Нагрівання заевтектоідной стали під загартування нижче АС1 не викликає утворення аустеніту, а різке охолодження при такому нагріві не призводить до гартування. Сталь вийде м'якою. Нагрівання істотно вище Асm викличе розчинення вторинного цементиту і як наслідок зростання зерна аустеніту і зниження твердості після гарту. Одночасно при занадто високому нагріванні буде більше залишкового аустеніту, що також призведе до зниження твердості.

Саме цими обставинами і визначається інтервал гартівних температур.

Як гартівних середовищ застосовуються:
• вода;
• мінеральне масло;
• розчини солей і лугів у воді.

2. Відпал і нормалізація
Призначення відпалу: перекристалізація і усунення внутрішніх напружень. Після відпалу сталь має низьку твердістю, помірної міцністю і високими пластичними властивостями.

розрізняють:
• повний відпал;
• ізотермічний отжиг;
• неповний отжиг;
• дифузний відпал (гомогенезація);
• низькотемпературний отжиг (високий відпустку).

Такий дефект називається перегрівом. Він може бути виправлений повторним відпалом.

Нагрівання до температур, близьких до лінії солидус призводить до оплавлення і окисленню кордонів. Це перепал стали - невиправний дефект.

При відпалі після нагрівання і витримки сталь охолоджують разом з піччю або поступово знижують температуру печі. При такому повільному охолодженні з аустеніту утворюються рівномірні структури. У доевтектоїдної стали це структура - Ф + П, в евтектоїдной - П, в заевтектоідной - П + Ц.

Повний відпал забезпечує усунення залишкових напруг.
Ізотермічний отжиг полягає в нагріванні стали до тих же температур, що і при повному і охолодженні до температури на 50 ÷ 100 ° С нижче АС1 .Видержка при температурі нижче АС1 забезпечує ізотермічне перетворення аустеніту. Після цього сталь можна охолодити швидко зміни структури вже не буде. Деталь можна витягти з печі і охолоджувати на повітрі. Тривалість перебування деталі в печі скорочується. Застосовується замість повного відпалу.

Нормалізація полягає в нагріванні до тих же температур, що і при повному відпалі, але з охолодженням в спокійному повітрі.

Мета нормалізації: отримання дрібнозернистої структури і усунення внутрішніх напружень.

У порівнянні з повним відпалом рівень пластичних властивостей нижче, а міцність вище.

Структура і властивості металу після нормалізації залежать від розміру деталі. Великі деталі остигають повільно, в них розпад аустеніту завершується утворенням перліту. Дрібні деталі остигають швидко. У них аустенит перетворюється в сорбіт.

Різниця у властивостях нормализованной і отожженной стали для маловуглецевих сталей - невелика, для середньовуглецевих - значна.

Нормалізація забезпечує більшу продуктивність.
Неповний отжиг полягає в нагріванні сплаву на 30 ÷ 50 ° С вище А1 (лінія PSK) і повільному охолодженні. Його застосовують для зняття залишкових напруг в доевтектоїдних сталях. При неповному відпалі відбувається перекристалізація тільки перліту. Феритної складова в доевтектоїдних сталях залишається незмінною.

Неповний отжиг застосовують для зняття напружень, коли не потрібно виправлення структури. Неповний отжиг економічніше повного. Неповний отжиг заевтектоідной стали називають Сфероідізірующій відпалом.

Дифузійний відпал (гомогенезація) складається в нагріванні до температури на 150 ÷ ​​250 ° С нижче лінії солидус, тривалої витримки при цій температурі і наступному охолодженні. Диффузионному відпалу піддають злитки і великі сталеві виливки.

Мета дифузійного відпалу - усунення дендритних і межзеренного ликвации.

При високій температурі відбувається прискорення дифузійних процесів, що забезпечують вирівнювання хімічного складу в мікрооб'ємах.

Висока температура викликає зростання зерна, для подрібнення якого слід провести повний відпал або нормалізацію.
Оскільки сталеве лиття з вуглецевих сталей містить від 0,15 до 0,55% вуглецю, пояснюються характерні розміри області дифузійного відпалу.

Низькотемпературний відпал (високий відпустку) складається в нагріванні до температури нижче А1 витримки і повільному охолодженні.

Низькотемпературний відпал застосовується для зняття внутрішніх напружень, що виникли, зокрема, під час зварювання, в наклепаного металі. Повільне охолодження необхідно для уникнення утворення нових внутрішніх напружень.

3. Відпустка
Відпустка - нагрівання загартованої сталі до температури нижче АС1 витримка при цій температурі і охолодження.

Відпустка застосовується для усунення внутрішніх напружень і підвищення пластичності.

Відпустка в інтервалі температур 350 ÷ 500 ° С називається середнім відпусткою. Середній відпустку забезпечує високі значення меж пружності, міцності, втоми і високу ударну в'язкість.

Середньому відпустці піддають, наприклад, пружини підвісок трубопроводів, ресори. В результаті середнього відпустки виходить структура - тростит відпустки.

Відпустка в інтервалі температур 500 ÷ 650 ° С називається високий відпустку. Призначений для отримання високих пластичних властивостей і ударної в'язкості при залишковій міцності і твердості. Високому відпуску піддають багато деталей машин і елементи теплосилового обладнання. Зокрема, загартуванню в маслі з подальшим високим відпуском піддають товстостінні паропровідні труби з деяких легованих сталей. В результаті високого відпустки виходить структура - тростит або сорбіт відпустки.

Комплекс механічних властивостей у стали після гарту з високим відпусткою виходить вище, ніж після нормалізації і відпалу.

Властивості вуглецевої сталі після загартування і відпустки визначаються температурою і тривалістю нагрівання при відпустці. Вони не залежать від швидкості охолодження після відпустки.