Отжиг и нормализация: назначение и режимы

Отжиг — вид термической обработки, направленный на снижение твердости, повышение пластичности и вязкости, получение равновесной мелкозернистой структуры. Он улучшает обрабатываемость давлением и резанием, исправляет структуру после литья, сварки или горячей деформации, подготавливает материал к окончательной термообработке. Характерная особенность — медленное охлаждение со скоростью 30…100°C/ч.

Отжиг первого рода не связан с фазовыми превращениями и применяется для устранения последствий предшествующей обработки.

- Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг проводят при температурах около 0,8·Тпл для выравнивания химического состава (устранения ликвации) в легированных сталях.
- Рекристаллизационный отжиг (0,4·Тпл) снимает наклеп после холодной пластической деформации.
- Отжиг для снятия напряжений применяют после литья, сварки, механической обработки в широком интервале температур (160…700°C) для стабилизации размеров, особенно у прецизионных деталей.

Отжиг второго рода основан на фазовых превращениях и предназначен для изменения структуры и свойств стали.

- Полный отжиг (нагрев на 30…50°C выше А3) используется для доэвтектоидных сталей с целью исправления структуры, измельчения зерна и снижения твердости.
- Неполный отжиг (нагрев на 30…50°C выше А1) применяют для заэвтектоидных сталей, чтобы получить зернистый цементит (сфероидизировать структуру), что улучшает обрабатываемость резанием и подготовку к закалке.
- Циклический (маятниковый) отжиг состоит из повторяющихся нагревов выше А1 и охлаждений до 680°C; он способствует сфероидизации пластинчатого цементита.

- Изотермический отжиг включает быстрый нагрев до аустенитного состояния, ускоренное охлаждение до температуры на 50…100°C ниже А1 (в область минимальной устойчивости аустенита), выдержку до полного распада и последующее охлаждение на воздухе. Этот метод сокращает длительность обработки и обеспечивает однородность структуры, особенно для легированных сталей.

Рис. 13.5. Режимы изотермического отжига

Нормализация — разновидность отжига, при которой сталь нагревают до аустенитного состояния (на 30…50°C выше А3 для доэвтектоидных или выше Acm для заэвтектоидных сталей) и охлаждают на спокойном воздухе. В результате формируется более дисперсная, чем при отжиге, структура (тонкий перлит или сорбит), что несколько повышает прочность и твердость, снижает внутренние напряжения и устраняет структурные дефекты (например, цементитную сетку в заэвтектоидных сталях).

Нормализацию часто используют как промежуточную операцию для улучшения структуры перед окончательной термообработкой, а иногда — как финишную обработку для сортового проката. Для низкоуглеродистых сталей она заменяет отжиг. Для среднеуглеродистых сталей нормализация или нормализация с высоким отпуском может служить альтернативой закалке с высоким отпуском, обеспечивая меньшую деформацию изделий и исключая риск образования закалочных трещин, хотя уровень механических свойств при этом несколько ниже.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Третьякова Н.В.

Источник: Лекции по материаловедению

Данные публикации будут полезны студентам, изучающим материаловедение и металлургию, инженерно-техническим работникам и специалистам, занятым в области машиностроения, а также всем, кто интересуется историей науки о металлах и современными тенденциями разработки новых материалов.