Глава 6. Технологія термічної обробки сталей
Види відпалу сталей
Всі види відпалу II роду зв'язані з нагрівом сталей вище критичних точок. В залежності від температури нагріву розрізняють повний і неповний відпали (рис. 198). Повний заключається в нагріві
Рис.
198. Температури нагріву сталей для
відпалу II
роду: 1
-повний відпал; 2-неповний відпал;
3-неповний сфероїдизуючий відпал;
4-нормалізація.
сталей вище верхньої критичної точки Асз на 30-40°С і повільному охолодженні разом з піччю. Неповний відпал заключається в нагріві
< і плі вище нижньої критичної точки Ас, (але нижче Ас3, або Аст) і повільному охолодженні разом з піччю. Повний і неповний відпали мають свої різновиди, про які далі буде йти мова. Від температури відпаду залежать величина зерна аустеніту і його однорідність, а основним фактором, від якого залежить мікроструктура сталі, є пупінь переохолодження аустеніту, який досягається або при ос (перервному охолодженні з піччю, або при ізотермічній обробці. На рис. 199 на прикладі доевтектоїдної сталі схематично зображені
р
Рис. 199. Режими охолодження при різних видах відпалу II роду доевтектоїдної сталі: І повний з безперервним охолодженням в печі; 2-ізотермічний; 3-нормалізація; 4-патентування.
ежими охолодження, що відповідають основним різновидам відпалу II роду: повний з охолодженням з піччю (1), ізотермічний (2), нормалізація (3) і патентування (4).Повний відпал проводиться для доевтектоїдних сталей. Під час нагріву до аустенітного стану відбувається повна фазова перекристалізація, подрібнюється зерно і усуваються пороки структури, які виникають в результаті попередньої обробки металу.
Повільне охолодження дрібнозернистого аустеніту при відпалі забезпечує утворення рівноважної структури фериту і перліту. Швидкість цього охолодження залежить від стійкості і переохолодження' аустеніту, а, отже, від складу сталі. Під час відпалу вуглецевих сталей швидкість охолодження може бути 100- І50°С/год. Леговані сталі більш стійкі проти розпаду аустеніту в псрлітній зоні, тому їх швидкість охолодження не перевищує 40- б()°С/год. Після повного відпалу знижується твердість і міцність сталі, підвищується її пластичність і ударна в'язкість, повністю знімаються внутрішні напруження виробів. В деяких випадках відпал являється остаточною термічною обробкою.
Ізотермічний відпал заключається в нагріві сталі вище Ас?, на 10-40°С і в порівняно швидкому охолодженні до температури
нижче Агі (звичайно 680-660°С), при якій дається витримка до повного розпаду аустеніту в ферито-цементитну суміш (перліт або сорбіт). Витримка для легованих сталей може бути 3-6 годин, після чого сталь охолоджують на повітрі.
Перевага цього відпалу - в скороченні тривалості процесу, що економічно вигідно для виробництва. Крім того, після ізотермічного відпалу утворюється більш однорідна ферито-перлітна структура, так як усе перетворення аустеніту в об'ємі виробів проходить при однаковому ступені переохолодження.
Патентування проводять для одержання високоміцного канатного, пружинного і рояльного дроту. Це також ізотермічна обробка, яка призначається перед холодним волочінням. Дроти з вуглецевих сталей, які містять від 0,45 до 0,85%С, нагрівають в прохідних печах до температур на 150-200°С вище Ас^, потім пропускають через свинцеву або соляну ванну з температурою 480- 550°С і намотують на привідний барабан. Розпад аустеніту проходить в районі згину С-кривої біля нижньої границі температурного інтервалу перлітного перетворення (крива 4 рис. 199). При виході з ванни дріт має ферито-цементитну структуру з дуже малою відстанню між цементитними пластинами. Її прийнято називати сорбітом патентування або трооститом. Надлишковий ферит або вторинний цементит не встигають утворюватися, і вся структура стає квазіевтектоїдною.
Після патентування дроти підлягають багаторазовому холодному волочінню з великим ступенем обтиску (більше 75%), що підвищує їх міцність (св=1500-2000МПа).
Нормалізація (або нормалізаційний відпал) заключається в нагріві доевтектоїдної сталі до температури вище Ас, на 40-50°С, заевтектоїдної сталі до температури вище Аст також на 40-50°С, витримці при цих температурах і охолодженні на повітрі. Нормалізація проводиться для доевтектоїдних сталей з тою метою, що й повний відпал, тобто вона усуває крупнокристалічну структуру, підвищує ударну в'язкість і знімає внутрішні напруження. Нормалізацію широко застосовують для оптимізації властивостей вуглецевих і низьколегованих сталей, і вона часто буває остаточною термічною обробкою, наприклад після зварювання. Прискорене охолодження порівняно з відпалом призводить до підвищення твердості в зв'язку з тим, що утворюється сорбітообразний перліт або сорбіт і пригнічується виділення структурновільного фериту. Отже, утворюється квазіевтектоїдна структура.
Нормалізацію рекомендується застосовувати для маловугле- цеііих сталей, в яких основною структурною складовою є ферит. Але нона не може призначатись як пом'якшуюча операція до серед- іп.овуглецевих і легованих сталей, структура яких помітно зміню- • іься після охолодження на повітрі. Якщо нормалізація признача- < гься з метою подрібнення зерна, то після неї треба проводити додатково високе відпускання (див главу 5).
Неповний відпал для доевтекто'їдиої сталі застосовують обмежено (в основному для покращення обробки різанням і зняття внутрішніх напружень). Під час неповного відпалу проходить час- і кова перекристалізація сталі при перетворенні перліту в аустеніт, а надлишковий ферит зостається неперекристалізованим. Отже, після неповного відпалу сталі з крупним зерном її структура буде мати неоднорідне зерно: ділянки колишнього перліту стануть дрібнозернистими, а крупні зерна надлишкового фериту зостануться. Крім того, неповний відпал не може змінити небажану форму і орієнтацію зерен фериту. З економічної точки зору неповний відпал є більш вигідним, ніж повний відпал, бо він дозволяє знизити вартість заготівок.
Неповний відпал для заевтектоїдпих сталей проводиться з ме- іою подрібнення зерна аустеніту і підготовки структури до послі- дуючого загартування. Після неповного відпалу полегшується обробка різанням і повністю зникають внутрішні напруження.