53. Что дает нормализация стали.

Нормализация — вид термической обработки, при которой сталь с любым содержанием углерода нагревают выше точек Ас₃ и А_ст, выдер­живают при этой температуре, а затем охлаждают на спокойном воздухе (в цехе).

После нормализации в микроструктуре стали наблюдается по сра­внению с перлитом отжига более тонкопластинчатая смесь феррита и Цементита, называемая сорбитом. Сорбит имеет несколько большую прочность и пластичность, чем перлит, поэтому нормализация часто яв­ляется окончательной термической обработкой, когда у изделий не требуется высокой прочности. При нормализации устраняют структурную неоднородность и внутренние напряжения в стали. Цель нормали­зации - устранение некоторых дефектов структуры стали после предыдущих операций горячей обработки (литья, прокатки, ковки и т.п.) или предварительная подготовка структуры стали к последующим техноло­гическим операциям (закалке, обработке резанием).

54. Что дает закалка стали ?

Закалка - вид термической обработки, при которой изделие нагре­вают до соответствующей температуры в зависимости от химического состава (рис. 20), выдерживают при этой температуре, а затем охлажда­ют с большой скоростью, превышающей критическую для данной стали, с целью получения наивысшей твердости и прочности. Среднеуглеродистые стали, как правило, охлаждают при закалке в воде, высокоуглеро­дистые и конструкционные легированные стали — в масле, а некоторые высоколегированные стали - на воздухе и в солях с учетом их критиче­ской скорости охлаждения. Вода охлаждает намного сильнее масла. До­бавление к воде солей, щелочей увеличивает ее закаливающую спо­собность.

Закалка подразделяется на полную, неполную, изотермическую, а также другие разновидности, позволяющие снижать остаточные напря­жения в стали.

Полная закалка - термическая обработка, при которой сталь нагре­вают до температуры, превышающей верхнюю критическую точку Ас₃ на 30-50 °С, и охлаждают со скоростью, превышающей критическую v_к. Применяют ее для среднеуглеродистой доэвтектоидной стали, структура которой после закалки представляет собой мартенсит, обладающий высокой твердостью и прочностью.

Неполная закалка - термическая обработка, при которой сталь на­гревают до температуры, превышающей нижнюю критическую точку ac₁ на 30-50 ^оС (ниже верхней критической точки Ас₃), и охлаждают со скоростью, превышающей критическую v_к. Неполную закалку приме­няют для эвтектоидной и заэвтектоидной углеродистых сталей. Исходная структура заэвтектоидной стали состоит из перлита и вторичного цемен­тита. При нагреве выше Ac₁ происходит превращение перлита в аустенит (ПA), а цементит остается нерастворенным. При быстром охлаждении происходит превращение АМ, и в результате структура заэвтектоид­ной стали состоит из мартенсита, цементита и остаточного аустенита. На­личие в структуре цементита повышает твердость и износоустойчивость стали. Структура закаленной эвтектоидной стали состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Неполной закалкой считают и термическую обработку, при которой сталь нагревают до соответствующей температуры в зависимости от ее химического состава, но охлаждают со скоростью, меньше критической. В этом случае структура стали включает не чистый мартенсит, а тростомартенсит (прямая 5) и имеет пониженную твердость.

Изотермическая закалка — термическая обработка, при которой сталь нагревают до соответствующей температуры в зависимости от ее химического состава, затем быстро охлаждают до температуры 250- 350 °С, выдерживают при этой температуре, после чего охлаждают на воздухе (кривая 4). При изотермической выдержке происходит пре­вращение аустенита в бейнит, обладающий по сравнению с мартенситом несколько меньшей прочностью и твердостью, но обычно повышенной вязкостью.

Прерывистую закалку проводят с охлаждением изделий в двух сре­дах: сначала в быстроохлаждающей среде (воде), а затем в медленноохлаждающей (масло или воздух) (кривая 2). Это приводит к тому, что в мартенситном интервале температур сталь охлаждается медленно, что приводит к уменьшению внутренних напряжений. Применяют ее, напри­мер, для закалки инструмента из высокоуглеродистой стали. Процесс требует высокой квалификации термиста.

Ступенчатая закалка (кривая 3) заключается в нагреве стали до соответствующей температуры, а затем в охлаждении ее в расплавленных солях при температуре, несколько превышающей начало мартенситного превращения М_н. После изотермической выдержки, необходимой для выравнивания температуры по всему сечению изделия (без распада ау­стенита), осуществляют охлаждение па воздухе. Это приводит к умень­шению остаточных закалочных напряжений. Применяют для углероди­стых сталей размером только до 10 мм.

Что такое критическая скорость охлаждения стали.

(Материаловедение стр. 231)

Критическая скорость охлаждения - минимальная скорость охлаждения, при которой весь переохлажденный до М_н Ауст. превращается в мартенсит (зав – т от устойчивости Ауст. и определяется составом стали. Чем ↑ устойч., тем ↓ требуется скорость).

С повышением скорости охлаждения понижается степень переохлаждения Ауст. и тем дисперснее образуется феррито – цементитная структура.

При малой скорости образуется перлитная структура, при большей – сорбитная и при ещё большей – трооститная . Бейнитная структура при непрерывном охлаждении углеродистой стали обычно не образуется. При очень высоких скоростях часть или весь Ауст. переохлаждается до точки М_н и превращается либо частично, либо полностью в Мартенс.

Из-за Mn и Ni скорость ↓ . Со понижает устойчивость Ауст. и ↑ скорость. Чем больше зерно Ауст. и чем больше его однородность, тем ↑ устойчивость и ↓ скорость закалки.

.