Тема 4. Термічна обробка.
Термічна (теплова) обробка складається в зміні структури металів і сплавів при нагріванні, витримки й охолодженні з дотриманням настановних режимів. При цьому досягається істотна зміна властивостей при незміненому хімічному складі.
Перш ніж розглянути види й особливості термічної обробки, варто ознайомитися з діаграмою стану сплавів “залізо-вуглець”.
А- аустенит
Ф- феррит
Ц- цементит
П- перлит
Т
емпература,
ºС 1147
Е
1
100
1 000
Н
9
00
А+Ц
8
00
А+Ф 727
7 00 1 3 3 е,
Ф+П Ц+П
6 00
3
0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8
С,%(маса)
Залізо цілком насичено вуглецем, якщо його зміст у залізі досягає 2,14%. Збільшення змісту вуглецю понад 2,14% приводить до механічної суміші заліза з вуглецем. Останній розташовується, як правило, по границях зерен у виді пластин.
Ці сплави відносяться до групи чавунів і являють собою суміші заліза і цементиту (Fe3C).
Сплави, що лежать лівіше лінії ss, після повного затвердіння являють собою аустеніт. Аустеніт - це твердий розчин вуглецю в - залізі (кристалічна будівля - гранєцентрований куб), - залізо здатне розчинити до 2,14% вуглецю.
Крім - заліза маються інші види кристалічних ґрат:
- залізо, що має ґрати у виді об’ємно - центрованого куба.
- залізо здатне розчиняти до 0,02% вуглецю при охолодженні до 200 З
Проміжне положення займає - залізо.
Види термічної обробки.
Розрізняють наступні основні види термічної обробки: відпал 1-ого роду, відпал 2-ого роду, загартування і відпустку.
1. Відпал 1-ого роду не обумовлений фазовими перетвореннями, тому може бути застосований для будь-яких металів і сплавів.
Швидкість нагрівання й охолодження для цього виду відпала не має принципового значення.
Розрізняють наступні різновиди відпала 1-ого роду:
1) Дифузійний відпал усуває хімічну неоднорідність у злитках і виливках. Для прискорення дифузійних процесів цей відпал виконується при температурі 0,8 - 0,9 Тпл сплаву.
2) Рекристалізаційний відпал усуває наклеп, що виникає при холодній обробці тиском. Цю операцію роблять при температурі 0,2 - 0,6 Тпл. сплаву.
3) Відпал для зменшення залишкових напруг, що виникають у виробах при обробці тиском або різанням, у зварених конструкціях, виливках і т.д. Здійснюється при температурі трохи нижче температури рекристалізації даного металу і застосовується з метою запобігання короблення і стабілізації розмірів виробу, зниження схильності його до тендітного руйнування.
2. Відпал 2-ого роду застосовують для сплавів, що перетерплюють при нагріванні й охолодженні фазові перетворення. Цей вид відпала в основному застосовують для сталевих виробів.
Відпал стали підрозділяють на повним і неповен; різновидом відпала сталі є нормалізація.
Повному відпалу піддають виливка, поковки, зварені вузли з доевтектоїдних сталей для усунення в них крупнозернистості й інших пороків структури, а також для зменшення твердості і залишкових напруг. Для цього відпала сталь нагрівають на 300 - 500С вище критичної крапки АСЗ, витримують при цій температурі протягом часу, необхідного для завершення фазових перетворень, а потім повільно (звичайно разом з піччю) прохолоджують.
Неповний відпал сприяє поліпшенню оброблюваності стали різанням.
Нормалізація полягає в нагріванні стали на 300 - 500 С вище критичної крапки АСЗ, витримці при цій температурі і наступному охолодженні на повітрі. Прискорене в порівнянні з відпалом охолодження обумовлює утворення в сталі перліту більш тонкої будівлі, і тим самим деяке підвищення її міцності і твердості.
3. Загартування як відпал 2-ого роду застосовуються для сплавів, що перетерплюють при нагріванні й охолодженні фазові перетворення. Принциповою відмінністю між ними є велика швидкість охолодження при загартуванні, достатня для запобігання зворотних фазових перетворень у сплаві при охолодженні. Для забезпечення необхідної швидкості охолодження стали застосовують різні охолоджувальні середовища: воду, мінеральну олію, й ін.
У результаті загартування в сталі утвориться так називана мартенситна структура, що володіє найбільшою міцністю і твердістю (НВ ≈ 600), але низкою ударною в'язкістю.
4. Відпустці піддають загартовану сталь з метою підвищення її ударної в'язкості і пластичності, зменшення твердості і внутрішніх напружень.
Розрізняють три види відпустки:
1) низька відпустка (150 - 2000С) застосовують для виробів, що повинні мати високу твердість (НВ ≈ 600). Ця відпустка головним чином призначений для зменшення внутрішніх напружень у виробах;
2) середній відпустці (350 - 4000С) піддають виробу, що повинні мати високу пружність і міцністю при достатній в'язкості, наприклад, пружини, ресори. Твердість при цьому знижується до НВ ≈ 450;
3) висока відпустка (450 - 6500С) забезпечує одержання найбільш грузлої структури, що володіє досить високою міцністю і твердістю (НВ ≈ 350). Такій відпустці звичайно піддають деталі машин: вали, шестірні і т.д.
У зв'язку з тим, що структурної складові і фази загартованої легованої сталі мають більшу стійкість, температуру відпустки для них призначають більш високу, чим для вуглецевих.