Астрономия

Виды термической обработки стали

Шире других видов термической обработки применяют отжиг, нормализацию, закалку и отпуск стали.

Отжиг стали производят в тех случаях, когда необходимо уменьшить твердость, повысить пластичность и вязкость, ликвидировать последствия перегрева, получить равновесное состояние, улучшить обрабатываемость при резании.

Полный отжиг стали производят путем нагрева ее до температуры выше верхних критических точек на 20…50 СС (Лс3 + 20…50°С), т.е. выше линии GS (см. 9.12), выдержки при такой температуре до полного прогрева слитка с последующим очень медленным охлаждением (вместе с охлаждаемой печью, под слоем песка, золы, шлака и т. п.).

При неполном отжиге сталь нагревают выше нижних критических точек на 2О…5О°С (ЛЙ+20…50° С), выдерживают при этой температуре с последующим медленным охлаждением. При неполном отжиге происходит только частичная перекристаллизация. Неполному отжигу подвергают стали, не требующие исправления структуры, т. е. измельчения.

Для снятия внутренних напряжений, снижения твердости, улучшения обрабатываемости металлов применяют низкотемпературный отжиг при нагреве до температуры, лежащей ниже критических точек. Температура нагрева этого вида отжига определяется по формуле 7р = 0,4 ТПЛ, где Тр — температура рекристаллизации; Т„л — температура плавления сплава.

Нормализация заключается в нагреве стали на ЗО…5О°С выше критических точек (Ас для доэвтектоид-ной и Ас\ — для эвтектоидной и заэвтектоидной сталей), непродолжительной выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе. В результате нормализации стали с содержанием углерода менее 0,3 % приобретают ферритоперлитовую структуру, а стали с содержанием углерода 0,3…0,7 % и низколегированные — сорбитовую. Нормализацию стали применяют в тех случаях, когда необходимо получить мелкозернистую однородную структуру с более высокими твердостью и прочностью, но с несколько меньшей пластичностью, чем после отжига.

Закалка стали заключается в нагреве ее до температуры образования аустенита, выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении. В зависимости от скорости охлаждения сталь получают в состоянии мартенсита, троостита или сорбита закалки.

При закалке обычной углеродистой стали в слабых водных растворах — электролитах или в холодной воде сталь получает структуру мартенсита; при закалке в горячей воде или минеральном масле — структуру троостита и в расплавленном свинце — структуру сорбита. Стали с содержанием углерода менее 0,2 % практически не воспринимают закалку.

Закалке подвергают готовые изделия с целью повышения твердости, и прочности. Изделия, от которых требуются высокое сопротивление истиранию и повышенная вязкость, подвергают поверхностной закалке; металл при этом нагревается или пламенем газовой горелки (газовая поверхностная закалка), или чаще всего токами высокой частоты. При поверхностной закалке повышаются твердость и износостойкость только поверхностных слоев изделия, середина же изделия сохраняет свою первоначальную структуру и свойства.


Метод термомеханической обработки (ТМО), получивший за последние годы большое развитие, проводят в две стадии: 1) горячая или теплая деформация в области существования высокотемпературной фазы — аусте-нита (выше критических точек Лез, либо ниже критических точек Ас\); 2) последующее регламентированное охлаждение, в процессе которого деформированный ау-стенит претерпевает полиморфное превращение. Чаще всего применяют закалку на мартенсит. Высокие механические свойства после ТМО обусловливаются получением мелкодисперсной структуры с повышенной плотностью.

Отпуском называют термическую обработку, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критических точек Ас\ (723 °С), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. При отпуске стали мартенсит закалки и остаточный аустенит распадаются, образуя более устойчивые структуры (троостит, сорбит). Цель отпуска — уменьшение внутренних напряжений, снижение твердости и хрупкости, повышение пластичности.

Различают три вида отпуска: низкий (в интервале температур 150…200°С), средний (300…400°С), высокий (500…600°С). При низком отпуске сталь сохраняет структуру мартенсита, а изменение механических свойств объясняется уменьшением закалочных напряжений, переходом остаточного аустенита в мартенсит I’ частичным выделением из мартенсита в высокодисперсном состоянии карбидов железа (цементита). При среднем и высоком отпуске проходят диффузионные процессы и мартенсит распадается с образованием смеси феррита с высокодисперсными частицами цементита (троостита или сорбита). При этом снижаются твердость и прочность стали, повышается пластичность, практически полностью снимаются внутренние напряжения в стали.

Неправильное проведение термообработки, т. е. отклонение от установленного режима, может ухудшить качество стали. Причинами брака могут быть недостаточность нагрева стали, малая скорость охлаждения, перегрев, коробление, закалочные трещины, обезуглероживание.

Термической обработкой можно также улучшить качество чугунных отливок, которые часто имеют литейные напряжения. Напряжения эти снимаются при низкотемпературном отжиге до 500 °С в течение 3…5 ч, а для больших деталей — «старением», т. е. выдержкой в течение 3…12 мес при нормальной температуре.

Термическая обработка представляет собой комплекс операций теплового воздействия, проводимых в определенной последовательности с целью изменения свойств сплава путем изменения его структуры. Термической обработке подвергается почти половина объема стали, используемой в машиностроении.

Термическая обработка является одним из самых эффективных и распространенных методов изменения свойств металлов и сплавов. Являясь, как правило, конечной технологической операцией при изготовлении деталей машин и инструментов, она определяет их структуру, механические и эксплуатационные свойства. Термической обработке подвергают также слитки, отливки, полуфабрикаты, сварные соединения.

Кроме того, термическая обработка применяется и как промежуточная операция для улучшения технологических свойств металла (обрабатываемости давлением, резанием и др.).

В основе процессов термической обработки лежит явление аллотропии – существование одного и того же металла или сплава в различных кристаллических формах. Как известно (раздел 5), аллотропические превращения происходят при определенных температурах, называемых критическими точками. При этом образуются структуры с теми или иными свойствами. Поэтому изменение свойств сплавов при термической обработке является следствием определенных изменений их структуры.

Основными технологическими параметрами, определяющими свойства сплавов после термической обработки, являются температура и скорость нагрева, длительность выдержки при выбранной температуре нагрева и скорость последующего охлаждения. Изменяя эти параметры, можно получить сплав с теми или иными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

В зависимости от режимов обработки, определяющих фазовые и структурные изменения в металле, различают следующие виды термической обработки – закалку, отпуск и отжиг. Некоторые из этих операций имеют разновидности.

Вопрос

#

Добавить комментарий