2.4. Виды отжига и нормализация

Отжиг заключается в нагреве стали выше критических температур (точек Ас₁, или Ас₃,), выдержке при данной температуре и медленном охлаждении (обычно вместе с печью). В зависимости от требований, предъявляемых к свой­ствам стали, различают следующие виды отжига: диффузионный (го­могенизация), полный, неполный (для заэвтектоидных сталей называется сфероидизацией), изотермический, рекристаллизацтонный, низкотемператур-ный (низкий). Цель отжига — устранить внутренние напряжения, измельчить зерно, придать стали пластичность перед последующей обработкой и привести структуру в равновесное состояние. Диффузионный отжиг производится при температурах 1100... 1200 °С в течение 30...50 ч для устранения дендритной ликвации (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Схема различных видов отжигов

Конструкционные стали подвергаются полному отжигу—нагреву до температуры на 30...50 °С выше точки Ас, с последующим медленным охлаждением, обеспечивающим превращение аустенита в ферритоцементитную смесь в области температур, близких к Ас₁.

Инструментальные (заэвтектоидные) стали нагревают на 30...50 °С выше точки Ас₁,—неполный отжиг. Этот отжиг на зернистый перлит производится с целью снижения твердости для лучшей обрабатываемости ре­занием и подготовки структуры к закалке.

При изотермическом отжиге конструкционную сталь нагревают до температуры на 30...50 °С выше точки Ас₃, а инструментальную — выше Ас₁, на 50...100 °С, затем следует выдержка и медленное охлаждение в рас­плавленной соли до температуры несколько ниже точки Ас₁ (680… 700 °С). При этой температуре сталь подверга­ют изотермической выдержке, при которой происходит полное превращение аустенита в перлит, с последующим охлаждением на воздухе.

При холодной пластической деформации сталь упрочняется за счет наклепа (нагартовки). При этом происходят структурные изменения, образуются искажения кристаллической решетки. При необходимости для снятия наклепа производят ре-кристаллизационный отжиг, являющийся разновидностью низкого отжига.

А. А. Бочвар установил связь между температурой рекристалли­зации и температурой плавления, а именно:

t_р=а t_пл, где t_р—абсолютная температура рекристаллизации; t_пл — абсолютная температура плавления, а—коэффициент (для технически чистых металлов он составляет 0,3...0,4, а для сплавов—0,5...0,6).

Нормализацией стали называется нагрев доэвтектоидной стали выше точки Ас₃, эвтектоидной стали— выше точки Aс₁ , заэвтектоидной стали — выше точки Ас_m на 30...50°С, выдержка и последующее охлаждение на воз­духе (см. рис. 2.9).

После нормализации углеродистые стали имеют ту же структуру, что и после отжига, но перлит будет более дис­персным (тоньше пластинки ферритоцементитной смеси).

Цель нормализации доэвтектоидных и эвтектоидных сталей та же, что и полного отжига. Однако после нормализации твердость и прочность стали будут выше, чем при отжиге. Нормализация применяется для устранения крупнозернистой структуры, выравнивания механических свойств. В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет цементитную сетку.

Нормализация—более дешевый и простой вид термической обработки, чем отжиг.

После отжига углеродистая сталь (0,4 % С) имеет следующие механические свойства: σ_в=550 МПа; δ =20 %, ψ=52 %, а после нормализации σ_в=600 МПа; δ=22 %; ψ=40 %.

На машиностроительные заводы углеродистые стали поставляются после термообработки на невысокую твердость, для того чтобы обеспечить хорошую обрабатываемость резанием. Конструкционные стали поставляются в отожженном или нормализованном состоянии; инструментальные стали — после сфероидизирующего отжига.