8. Термическая обработка сталей

Термическая обработка заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующего охлаждения до комнатной температуры или ниже с определенной скоростью или по определенному режиму. Цель термической обработки состоит в изменении структуры стали для получения требуемых эксплуатационных свойств.

Термическая обработка является наиболее рациональным способом изменения свойств металла. Путем термической обработки можно повысить предел прочности в 2…3 раза, а в некоторых случаях получить такие свойства, которыми сталь в «сыром» виде не обладает. Основными видами термической обработки сталей являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

8.1. Отжиг стали

Отжигом называют вид термической обработки, при которой неравновесная структура стали, возникшая в результате литья, ковки, прокатки, сварки и т.п., превращается в структуру близкую к равновесной. Отжиг вызывает разупрочнение металла и сплавов. Он сопровождается повышением пластичности и вязкости и снятием остаточных напряжений. Температура нагрева при отжиге зависит от состава стали и вида отжига. Скорость охлаждения не велика и составляет 30…200 С/ч.

Различают два вида отжига: отжиг I рода и отжиг II рода. Отжиг I рода, в зависимости от температуры, может включать процессы гомогенизации, рекристаллизации, снятия напряжений. При отжиге I рода не происходит фазовых превращений. Поэтому этот отжиг можно проводить при температурах ниже температуры фазовых превращений.

Отжигом II рода называют нагрев стали до температур, превышающих температуры фазовых превращений, выдержку при этих температурах и медленное охлаждение. В процессе этого отжига происходят фазовые превращения, определяющие структуру и свойства стали.

После отжига II рода в углеродистой стали образуются структуры согласно диаграмме железо–цементит. В доэвтектоидных сталях – феррит+перлит, в эвтектоидных – перлит, в заэвтектоидных – перлит+вторичный цементит. После отжига сталь становится пластичной и имеет низкую твердость и прочность. Происходит перекристаллизация стали и измельчается зерно. Отжигу подвергают поковки, отливки, прокат, горячекатаные листы, трубы и т.д.

8.2. Нормализация стали

Нормализация является частным видом отжига II рода. При нормализации сталь нагревают на 50…70 С выше точки А_С3, выдерживают при этой температуре для прогрева садки и завершения фазовых превращений, а затем охлаждают на воздухе.

Нормализация более экономична по сравнению с отжигом, так как на процесс охлаждения затрачивается меньше времени. При нормализации также происходит полная перекристаллизация структуры. Нормализацию часто используют для улучшения свойств стали вместо более сложных операций закалки и отпуска.

После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, как и после отжига, образуется феррито-перлитная структура. Нормализация устраняет крупнозернистость, полученную в предшествующей обработке, например, литья, волочения, прокатки.

Легированные конструкционные стали после нормализации приобретают высокую твердость, затрудняющую последующую обработку резанием. Поэтому после нормализации проводят отпуск при температуре 600…650 С.

Нормализация горячекатаной стали повышает ее сопротивление хрупкому разрушению. Повышается работа развития трещины и снижается порог хладноломкости [2].