Виды отжига. Нормализация стали.
Отжиг заключается в нагреве стали выше критических температур (точек Ас1 или Ас3 ), выдержке при данной температуре и медленном охлаждении (обычно вместе с печью). Различают следующие виды отжига: диффузионный (гомогенизация), полный, неполный (для заэвтектоидных сталей называется сфероидизацией), изотермический, низкий (рис.3)
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.
Конструкционные стали подвергаются полному отжигу - нагреву до температуры на 30…50°С выше точки Ас3 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 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 точки Ас1 на 50…100°С, затем следует выдержка и едленное 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, последующим охлаждением на воздухе.
При холодной пластической деформации сталь упрочняют за счет наклепа (нагартовки). При этом происходят структурные изменения, образуются искажения кристаллической решетки. При необходимости дл снятия наклепа производят рекристаллизационный отжиг, являющийся разновидностью низкого отжига.
Тема 5. Основы термической обработки материалов.
Цель лекции: получить знания об основных сведениях термической обработки материалов.
Основные сведения о термической обработке
Термической обработкой называют
процессы, связанные с нагревом, выдержкой
и охлаждением сплава по определенным
температурным режимам с целью изменить
его структуру и свойства (рис. 1). Изменение
структуры и свойств сплава (например,
стали) при термической обработке основано
на свойстве железа перестраивать свою
кристаллическую решетку и растворять
в ней неодинаковое количество углерода.
При нагреве стали до 911°С железо имеет объемно-центрированную кристаллическую решетку α-железа, а при температуре 911°С — гранецентрированную решетку γ-железа. Такое изменение кристаллического строения железа при нагреве стали повышает растворимость углерода в α -железе растворяются всего лишь сотые доли процента углерода, а после аллотропического превращения α-железа в y-железо растворимость углерода повышается в сотни раз, достигая максимального значения при температуре 1147°С.
При медленном охлаждении стали с 1147 до 727°С (см. рис.2) происходит распад аустенита с выделением из него равновесной структуры: феррита (твердый раствор углерода в α-железа) и цементита. При температуре 727°С в α-железе растворяется лишь. 0,02% С, в то время как в стали углерода может содержаться до 2,14%. Избыточный углерод выделяется из кристаллической решетки a-железа и образует химическое соединение с железом — цементит Fе3С (рис. 3).
Рис.2. Диаграмма железо-цементит
При непрерывном охлаждении стали (например, углеродистой) аустенит распадается с образованием неравновесных структур: сорбита (скорость охлаждения до 50°С/с), троостита (до 100°С/с) и мартенсита (150—200°С/с).
Сорбит — структурная составляющая стали, представляющая собой смесь феррита и цементита. Сорбит обеспечивает более высокую прочность и износостойкость стали, отличается от перлита более тонкой (дисперсной) структурой.
Троостит — это смесь феррита и цементита, отличается от перлита и сорбита более тонким (дисперсным) строением. Стали со структурой троостита обладают повышенными твердостью и прочностью, умеренными пластичностью и вязкостью.
Мартенсит — пересыщенный твердый раствор углерода в a-железе. Мартенситной структуре соответствует наиболее высокая твердость стали.
Термической обработке подвергают отливки, заготовки, сварные соединения, детали, инструмент, изготовленные из различных материалов: стали, чугуна, алюминиевых, магниевых, титановых и других сплавов. Применяют следующие основные виды термической обработки: отжиг, нормализацию, закалку, отпуск и термомеханическую обработку.
