Основы технологии термической обработки

Термическая обработка (ТО) это совокупность последовательных процессов нагрева сплавов до определенной температура - Т, °С; выдержки в установленное время - t, мин и последующим охлаждением с различной скоростью - V, °С/c.

Цель ТО - изменение внутреннего строения (фазового состава и размера зерен) металлического сплава для получения необходимых механических свойств (прочности, твердости, пластичности и др.).

Термическая обработка может быть промежуточной и окончательной. Главной задачей промежуточной ТО является снижение твердости стали для ее лучшей отделкой режущим инструментом или обработкой металлов давлением. Окончательная ТО изделий преследует цель придать стали такие свойства, которые требуются в условиях эксплуатации деталей. В результате окончательной термической обработки получают не только лучшее сочетание механических свойств, но и высокие физико-химические характеристики, например показатели коэрцитивной силы, коррозионной стойкости, теплостойкости режущих инструментов и т. д.

Основой для анализа и построения технологического процесса термической обработки является диаграмма состояния железо-цементит, а именно, левый нижний (стальной) угол части диаграммы (рис. 1.44).

Критические точки нагрева и охлаждения выбираются в соответствии с диаграммой состояния и обозначаются заглавной буквой «А» (от французского слова «arret» - остановка). Для процесса нагрева у них ставят индекс «с» - А_с, а для охлаждения «г» - А_г. Первая из них – А1 (А_г1 или А_с1) – лежит на линии PSK и соответствует аустенитно-перлитному превращению g ↔ (a + Fe₃C) при 727 °С. Вторая же – А2 – располагается на линии МО и обозначает магнитный переход – ферромагнитного железа в парамагнитное.

Рис. 1.44 - «Стальной» участок диаграммы состояния железо-цементит

Третья - А3 (А_г3 или А_с3) располагается на кривой GS и отвечает началу выпадения феррита g ® s (А_г3) и концу его растворения s ® g (А_с3) соответственно при нагреве и остывании конструкционных (доэвтектоидных) сталей. Четвертая точка А4, лежащая на линии NJ и отвечающая перитектическому превращению аустенита в высокотемпературный феррит и наоборот в верхнем левом углу диаграммы, при температурах 1500 – 1329 °С соответственно при нагреве и охлаждении. Пятая точка «А_m», находящаяся на отрезке SE, отражает начало формирования вторичного цементита (А_гm) и конец его растворения (А_сm) в процессе охлаждения и разогревания сталей. При ТО используют три точки из пяти: А1, А3 и А_m.

Различают четыре основных вида термической обработки: 1) отжиг I рода; 2) отжиг II рода - нормализация; 3) закалка; 4) отпуск или старение. Первые два типа – отжиг и нормализация называются предварительными операциями термообработки и преследуют цель подготовить структуру металла к последующим способам обработки (механическая, штамповка, сварка и так далее). Два последующих вида – заключительные, придают металлам и сплавам окончательные свойства, требуемые на готовой детали по нормативной документации.

Любой вид ТО может быть представлен графиком в координатах температура-время, называемых термограммами – схемы режимов ТО (рис. 1.45).