ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Термическая обработка может быть промежуточной и окончательной. Задачей промежуточной термообработки является снижение твердости стали для ее лучшей обрабатываемости режущим инструментом или обработкой металлов давлением. Окончательная термообработка деталей преследует цель придать стали такие свойства, которые требуются в условиях эксплуатации деталей. Это могут быть не только механические свойства, но и физико-химические, например, хорошая коррозионная стойкость, высокая теплостойкость.

В процессе термической обработки вследствие несоблюдения температурного режима часто наблюдаются такие дефекты, как перегрев и пережог.

Пережег получается в случае нагрева металла до температуры, близкой к температуре плавления. При этом происходит оплавление и окисление границ зерен металла. Пережег является неисправимым дефектом. Перегрев характеризуется крупнозернистым строением и может быть устранен термической обработкой – отжигом или нормализацией. В поверхностных слоях стальных изделий при высоких температурах возможно образование обезуглероженного слоя на поверхности образца (C+O₂=CO₂) , который устраняется цементацией.

Для получения в печи нейтральной атмосферы необходимо иметь определенные соотношения газов для данной температуры и данной стали: СО₂/СО; Н₂О/Н₂; СН₄/Н₂. Кроме этого, нагрев без обезуглероживания и окисления производится в расплавленных солях:

– нагрев быстрорежущих, нержавеющих сталей производят в ВаCl₂;

– под закалку углеродистых и низколегированных сталей, например, в растворе (1:1) NaCl+KCl;

– под отпуск и ступенчатую закалку, например, в растворе NaNO₃.

Горячекатаные стали имеют строчечную структуру с анизотропией свойств, которая частично устраняется отжигом или нормализацией.

Рассмотрим основные виды термической обработки, применяемые на практике.

Отжиг

В большинстве случаев отжиг является промежуточной термической обработкой (отливки, поковки, прокат). Но для крупных отливок отжиг является окончательной термообработкой.

Диффузионный (гомогенизирующий) отжигприменяется для устранения ликвации (выравнивание химического состава). В его основе – диффузия. Выравнивается химический состав и растворяются избыточные карбиды. Этому отжигу подвергают, в основном, легированные стали, т.к. скорость диффузии углерода, растворенного в аустените по способу внедрения, на несколько порядков больше скорости диффузии легирующих элементов, которые растворяются в аустените по способу замещения. Проводят нагрев до 1050-1200 ⁰С и выдерживают 10-12 часов.

Рекристаллизационный отжиг.Он применяется для устранения наклепа холоднокатаных листов из углеродистой стали с 0,1-0,2%С. Такой отжиг проводят при 680-700 ⁰С, для легированных прутков – при 700-730 ⁰С. Процесс протекает за счет образования новых зерен. Время выдержки зависит от толщины сечения. Применяют после холодной деформации, волочения, штамповки для снятия наклепа.

Отжиг для снятия напряженийпроводят для деталей из углеродистой стали после литья при нагреве до 400-600 ⁰С с выдержкой 2,5 минуты на 1 мм сечения. Основное его назначение – возможно более полное изменение фазового состава. Скорость выбирают небольшой для того, чтобы успели произойти обратные диффузионные процессы. После этого отжига получают более однородную мелкозернистую структуру с пониженной твердостью и повышенной пластичностью. Его применяют как предварительную термообработку перед обработкой на металлорежущих станках.

Полный отжигприменяют для доэвтектоидной стали для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости резанием. Изделие нагревают до температур выше Ас₃ на 30-50 ⁰С и охлаждают в печи, что обеспечивает полную перекристаллизацию (переход в аустенитное состояние). При этих температурах аустенит получится мелкозернистым. Больший перегрев приводит к укрупнению зерен аустенита. Основные цели: устранение пороков структуры, возникших при предыдущей обработке металла (литье, горячая деформация, сварка, термообработка), смягчение стали перед обработкой резанием и снятие внутренних напряжений.

Неполный отжигприменяют для заэвтектоидной стали для снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости резанием. Проводят нагрев до температур 740-770 ⁰С и охлаждают в печи. В структуре сохраняется вторичный цементит, который в результате отжига получается в виде зерен (глобулей). Получению зернистого цементита способствует предшествующая отжигу горячая пластическая деформация, при которой цементитная сетка дробится. Зернистый цементит улучшает обработку резанием.

Изотермический отжигприменяют часто для легированный сталей. Заключается в нагреве стали выше Ас₃ и быстром охлаждении до температур на 100 ⁰С ниже Ас₁ и выдержке при этой температуре до полного превращения аустенита в перлит. Этот отжиг приводит к экономии времени отжига, но лишь для деталей с небольшим сечением из легированных сталей с целью получения более однородной структуры.

Нормализацией называют термическую обработку стали, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния на 30-50 ⁰С выше Ас₃ и охлаждают на спокойном воздухе. Получается более тонкое строение эвтектоида, уменьшаются внутренние напряжения, устраняются многие пороки, возникшие в процессе предшествующей обработки. Твердость и прочность выше, чем после отжига. В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет грубую сетку вторичного цементита. Несмотря на экономию времени, нормализация не всегда может заменить отжиг. Ее применяют как промежуточную операцию и как окончательную, например, при изготовлении сортового проката (рельсы, швеллеры и т.д.). В зависимости от скорости охлаждения полученная структура будет либо сорбит закалки, либо троостит закалки. Нормализацию с последующим высоким отпуском часто применяют для исправления структуры легированных сталей вместо отжига.