Термическая обработка стали

Свойства металлов и сплавов зависят не только от химического состава, но и от структуры. С помощью термической обработки (нагрева до определенной температуры, выдержки при этой температуре и подбора различных скоростей охлаждения) можно получить ту или иную структуру (рис. 1.36).

Из диаграммы Fe – C (рис 1.29) видно, что в результате медленного охлаждения доэвтектоидные стали приобретают структуру феррита и перлита, а заэвтектоидные — перлита и вторичного цементита.

Критическими точками называют температурные точки, при которых происходят эти превращения:

точки Ас 1, Аr 1 на линии РSK;

точки Ас 2, Аr 2 на линии MO;

точки Ас 3, Аr 3 на линии GOS;

точки Ас 4, Аr 4 на линии HJB;

точки Асm на линии SE.

На рис. 1.29 представлена упрощенная диаграмма; фактически же в ее верхней части около точки А и внизу около точки Р наблюдается более сложная картина, поэтому некоторые вышеуказанные линии на ней не показаны.

Приняты обозначения для линий нагрева — Ас и охлаждения — Аr. Выше этих точек сплав будет находиться
в одной фазе, а ниже — в другой. При этом изменения фаз ниже линий Аr происходят в твердом состоянии сплава.

Имеется несколько видов термической обработки (рис. 1.37):

1. Рекристаллизационный отжиг (отжиг I рода). В сплавах отсутствуют фазовые превращения. Применяется для снижения внутренних напряжений, уменьшения твердости и повышения пластичности после холодной обработки.

2. Отжиг с фазовой перекристаллизацией (отжиг II рода). Температура нагрева выше температуры фазовых превращений, поэтому происходят фазовые изменения. Охлаждение ведется медленно. Получается мелкозернистая структура, снимаются внутренние напряжения.

3. Закалка. Нагрев выше температуры фазовых превращений и очень быстрое охлаждение. В результате фиксируются фазы и структуры, характерные для высоких
температур. Прочность и твердость повышается, но структуры находятся в неравновесном состоянии.

4. Отпуск. Нагрев ниже температуры фазовых превращений с целью приближения к устойчивому равновесному состоянию. Увеличивается пластичность, но снижается твердость и прочность.

5. Химико-термическая обработка — насыщение сплавов углеродом C, àçîòîì N, ñåðîé S и другими химическими элементами путем выдержки сплавов в газовых, жидких или твердых средах.

Диффузионный отжиг I рода устраняет химическую неоднородность в слитках и отливках; металл нагревается до температуры Т _н, составляющей 80–90 % температуры плавления Т _пл.

Рекристаллизационный отжиг устраняет наклеп нагревом металла до температуры Т _н = (0,2–0,6) Т _пл. Он необходим для подготовки
заготовок из проката для последующей механической обработки при изготовлении деталей.

Отжиг необходим для уменьшения остаточного напряжения
в отливках, сварных конструкциях и после механической обработки. Он предотвращает коробление и стабилизирует размеры детали.

Нормализация — это нагрев стали на 30–50° С выше критических точек Ас 3 и Ас 4, выдержка в течение необходимого времени и более быстрое охлаждение на воздухе, чем при отжиге, поэтому получается более мелкозернистый перлит, выше прочность и твердость металла. Охлаждение детали при отжиге проводится более медленно (деталь охлаждается вместе с печью), чем при нормализации (деталь охлаждается на воздухе).

Отпуску подвергают закаленную сталь для повышения ее вязкости и пластичности при некотором уменьшении твердости и прочности (рис. 1.38). Нагревают деталь до температуры ниже Ас 1 и охлаждают на воздухе.

Низкий отпуск (150–250° С) проводится для изделий,
обладающих высокой твердостью (режущие инструменты: напильники, метчики, плашки и др.). Средний отпуск
(350–400° С) необходим для изделий, обладающих высокой упругостью и прочностью при достаточной вязкости (пружины, рессоры и др.). Высокий отпуск (450–650° С) дает наиболее вязкую структуру, но наименьшую твердость
и прочность (валы, шестерни и др.). Для легированных сталей температура отпуска подбирается более высокой, чем для углеродистых сталей.

Дата добавления: 2014-12-16