Сфероидизирующий отжиг

Сфероидизирующий отжигявляется разновидностью неполного отжига, когда сталь нагревают для аустенитизации до межкритических температур.

Сфероидизирующий отжиг (рис.78)- вид термической обработки сталей с нагревом выше А_С1, но ниже А_С3, изотермической выдержке с последующим очень медленным охлаждением (30-50 С/ч) до подкритической температуры(~650⁰С) для получения структуры зернистого перлита (сферодита). Скорость охлаждения от 650-670С и ниже должна быть не выше 50-100⁰С /с.

Сфероидизирующей обработке подвергают стали с содержанием от ~0,6% и до ~0,9% углерода.

В связи с тем, что для заэвтектоидных сталей полный отжиг нельзя использовать из-за образования грубой сетки вторичного Ц по границам зерен, а неполный отжиг из-за несоответствия получаемой структуры глобулярного перлита требованиям ТУ также не может быть использован в качестве окончательной обработки, сфероидизирующий отжиг является наиболее эффективным для получения сфероидизированной структуры.

Существует несколько разновидностей комбинированных обработок, позволяющих получать глобулярный перлит в заэвтектоидных сталях, но наиболее полно требованиям ТУ к структуре такого типа удовлетворяет сфероидизированный отжиг(рис.).

Рис.78 - Графики режимов сфероидизирующей обработки:   А)- сфероидизирующий отжиг с реализацией абнормального механизма распада переохлажденного аустенита; Б)- сфероидизирующий отжиг с реализацией подкритической изотермической выдержки для полного распада аустенита; В)- маятниковый или циклический сфероидизирующий отжиг

В практике часто при реализации одного сфероидизирующего отжига трудно получить структурное состояние, отвечающее нормативным требованиям. Кроме этого к основному недостатку сфероидизирующего отжига относится большая длительность процесса (15-25 часов и более).

Поэтому перед финишным сфероидизирующим отжигом применяют предварительные обработки, которые позволяют ускорять сфероидизацию цементита в структуре металла. Только после такой обработки структура отвечает всем требованиям ТУ. К таким режимам предварительной термической (термомеханической) обработки относятся: подкритический отжиг металла с структурой пластинчатого перлита; прерванная закалка; холодная деформация металла с структурой пластинчатого перлита и последующим подкритическим отжигом; термоциклическая обработка; теплая деформация.

Финишная сфероидизирующая обработка металлоизделий в зависимости от марки стали, имеющегося в наличии термического оборудования и требований к структуре и свойствам готового металла может проводиться по разным режимам (рис.79).

Рис. 79 - График сфероидизирующего отжига горячекатаных подшипниковых труб на Волжском трубном заводе.

Параметры режимов сфероидизирующего отжига зависят от многих факторов (химического состава сталей; требований нормативных документов; наличия термического оборудования и т.д.). На рис.79 приведен график режима сфероидизирующего отжига шарикоподшипниковых труб в условиях Волжского трубного завода.

На территории СНГ для изготовления роликовых подшипников наиболее часто применяют малоуглеродистые цементуемые стали типа 18ХГТ; 18-20Х2Н4А и др. (табл.).

Рис. – Сравнительные данные по износу углеродистых и подшипниковых (хромистых) сталей при числе оборотов n=200 и нагрузке p=50кг:

1; 2; 3- подшипниковые стали; 4; 5 – углеродитые стали

По ГОСТ 801-47 для шарикоподшипниковой стали всех марок установлены были следующие нормы по допустимой загрязненности неметаллическими включениями при оценке по шкале № 5 (табл.)

Исследования влияния неметаллических включенийразличных видов и размеров на снижение величины контактного напряжения показали следующие данные, приведенные в табл.

Рис.Прокаливаемость шарикоподшипниковых сталей:

А- закалка с 900⁰С в воде заготовки диаметром 60мм;

Б- закалка с 830⁰С в масле заготовки диаметром 50мм;

Основные параметры сфероидизирующего отжига:

1. Температурный интервал отжигаемости стали (т.е. температуры аустенитизации, обеспечивающие после охлаждения металла получение сфероидов цементита). Температура нагрева должна обеспечить при a®g переходе (П ® А) наличие в структуре достаточного количества остаточных частиц цементита (вторичного), которые являются зародышами сфероидов при последующем охлаждении. Поэтому температура аустенитизации влияет на сфероидизацию через карбидное число (число избыточных карбидных частиц, необходимое и достаточное для распада аустенита по анормальному механизму). Это понятие не относится к доэвтектоидным и эвтектоидным сталям в связи с тем, что при нагреве металла выше А_С1 нет области устойчивого существования вторичного цементита, поэтому очень трудно угадать количество оставшихся в аустените частиц цементита (перлитного). Поэтому сфероидизация может осуществляться только при кратковременной аустенитизации (экспериментально устанавливают), когда получается неоднородный аустенит и реализация механизма распада идет по такой схеме:

-зарождение карбидов в микроучастках с повышенным содержанием углерода;

-обеднение углеродом матричного раствора;

-превращение g®a;

2. Легирование стали влияет на температурный интервал отжигаемости, например при содержании хрома в стали с 0,8% С:

-при содержании хрома до 1 % невозможно добиться 100% сфероидизации;

-при 2% хрома- интервал отжигаемости составляет 800-820С;

- 3% - 800-840с%

- 5% - 800-920С;

3. Критическая скорость охлаждения от температур аустенитизации до 650-670 ⁰С, при которой распад аустенита идет только по абнормальному механизму. Это требование выполняется при скорости охлаждения не более 30-50⁰С\час. При повышении скорости охлаждения выше критической, развивается нормальный механизм эвтектоидного превращения. Чем более однороден аустенит и чем менее легирована сталь, тем меньше должна быть скорость охлаждения. Скорость охлаждения от 650-670С должна быть не выше 50-100⁰С /с.

Считается, что распад по анормальному механизму при сфероидизирующем отжиге может происходить двумя путями:

-выделением Ц на нерастворившихся при аустенитизации карбидных частицах цементита (вторичного);

--образование новых частиц вторичной фазы наряду с выделением на имеющихся глобулярных зародышах.

При малых скоростях охлаждения и малых переохлаждениях реализуется 1-й механизм (выделение С на имеющихся частицах) - в этом случае карбидное число в процессе аустенитизации = карбидному числу после сфероидизации.

Если однократного цикла нагрев-выдержка-охлаждение недостаточно для получения глобулярного перлита, то делается многократный - маятниковый (циклический) отжиг (рис.78,в), который является разновидностью сфероидизирующего. Но в связи с тем, что при больших садках сложно точно соблюдать температурный режим переохлаждения и нагрева металла, этот вид отжига редко используется в промышленности, а используются другие режимы, например рис. 79.

Рекомендуется при циклическом отжиге осуществлять нагрев и охлаждение углеродистых сталей со следующими скоростями:

-нагрев до 750-780С со скоростью 70-150 ⁰С /мин.

- охлаждение до 670-690С со скоростью 150-200 ⁰С / мин.

Возможные виды брака при сфероидизирующем отжиге:

-получение пластинчатого Ц –возможно когда высокая температура аустенитизации (растворились все частицы Ц вторичного и нет зародышей) или низкая температура аустенитизации (когда в стали присутствует нерастворившийся П и при высокой скорости охлаждения реализуется кооперативный рост пластин П);

-если по границам зерен образовалась цементитная сетка, то при сфероидизирующем отжиге ее не удается разбить. Необходимо предварительно делать нормализацию (т.е. ускоренное охлаждение на воздухе не позволяет выделяться Ц в виде сплошной сетки), а затем сфероидизацию. Для этих целей в стали вводят РЗМ и др. поверхностно активные элементы.

Для создания условий получения глобулярного перлита прокатку подката желательно оканчивать ниже А₃. А для заэвтектоидных сталей после ОМД охлаждать ускоренно металл для предотвращения выделения вторичного Ц.

Разновидности предварительных режимов термической и термомеханической обработок для получения глобулярного перлита:

Дата добавления: 2014-10-23