2.3 Термическая обработка заготовок и сварных изделий

2.3.1 Термическая обработка слитков, отливок и поковок

Слиток стали неоднороден как по химическому составу, так и по механическим свойствам. В слитке обычно бывают неметаллические включения, пустоты, пузыри, раковины и другие дефекты. Некоторые де­фекты слитков удается устранить термической обработкой. Для вы­равнивания структуры и механических свойств, а также понижения твер­дости перед первичной механической обработкой, слитки легированных сталей подвергают термической обработке.

Для выравнивания путем диффузии химической неоднород­ности слитки под­вергают диффузионному отжигу (гомогенизации).

Стальные слитки нагревают до 1100  1200 °С, выдержи­вают при этой температуре 8–15 ч и затем медленно охлаждают до 250  200 °С. Весь процесс диффузионного отжига продол­жается около 80  100 ч.

Отливки неоднородны и по химическому составу. Для обеспечения необходимых свойств фасонные отливки подвергают термической обработке.

Отливки углероди­стой стали подвергаются высокому отпуску с нагревом до температуры 650  700 °С для устранения внутренних напряжений. Если к отливке предъяв­ляются повышенные требования по структуре материала, то проводится отжиг или нор­мализация. При нормализации повышаются прочностные показатели.

Отливки из легиро­ванной стали подвергают нормализации с отпуском или закалке с отпуском.

Отливки небольших сечений и простой конфигурации загружают в печь, нагретую до температуры отжига, и нагревают с максимально возможной скоростью. Сложные по конфигурации массивные отливки, имеющие значительные внутренние напряже­ния, во избежание возникновения трещин необходимо нагревать медленно, со скоростью около 100 °С/ч до 350  400 °С, после чего скорость нагрева может быть увеличена. Время нагрева определяется из расчета 1–2 мин на 1 мм наибольшего сечения отливки, время выдержки составляет 25% времени нагрева.

Охлаждение отливок при отжиге производится вместе с печью до 300  400 °С, а затем на открытом воздухе. При нормализации отливки равномерно охлаждают на воздухе. После отжига или нормали­зации значительно повышается пластичность отливок. Структура отливок после отжига или нормализации измельчается.

Для значительного улучшения свойств углеродистой стали применяют сложную термическую обработку: нормализацию от 960 °С, закалку в воде от 840 °С, отпуск при 600 °С. Такая обработка рекомендуется для отливок с толщиной стенки до 25 мм и должна быть экономически обосно­вана, так как при этом повышается стоимость отливок.

Для улучшения массивных отливок приме­няют диффузионный (гомогенизирующий) отжиг при температуре 950  1000 °С с последующим обычным отжигом или нормализацией.

Для получения высоких механических свойств отливки из легированной стали подвергают нормализации при температуре 850  900 °С или закалке при температуре 850  880 °С с охлаждением в масле с последующим отпуском при 560  650 °С.

Поковки изготовляют из углеродистых и легированных сталей. Для получения заданных свойств поковки подвергают различным видам термической обработки: отжигу, нормализации с высоким отпуском, закалке с отпуском, а также применяют регулируемое охлаждение после ковки или штамповки.

Термическую обработку поковок подразделяют на предварительную – для снижения твердости, улучшения структуры, устранения внутренних напря­жений и окончательную – для получения требуемых свойств.

Поковки имеют более мелкую структуру и более однородны по химическому составу, чем отливки.

Изотермический отжиг по­ковок из легированной стали проводят сразу после ковки. Поковки загружают в печь с тем­пературой 600  700 °С, выдер­живают в ней и охлаждают на воздухе. При изотерми­ческом отжиге перекристалли­зации с измельчением зерна не происходит, но снимаются напряжения, снижается твер­дость, обеспечивается хорошая обрабатываемость.