Технология термической 
обработки
Отжиг первого рода
1
Термообработкой называется технологический процесс обработки изделий из металлов и их сплавов тепловым воздействием с целью изменения их структуры и свойств в нужном направлении.
Термообработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлов и их сплавов, которые осуществляются в определенной
последовательности.
График простой (а) и сложной (б) термической обработки
Основные параметры: температура нагрева, время выдержки, скорость нагрева, скорость охлаждения
2
Классификация основных видов термической обработки
3
Связь термической обработки с диаграммой состояния
4
ОТЖИГ ПЕРВОГО РОДА
Целью отжига первого рода является устранение отклонений от равновесного состояния, возникающих при различных технологических операциях: литье, обработке давлением, сварке, механической обработке. При этом не используются фазовые превращения, хотя они могут протекать в процессе обработки.
Отжиг заключается в нагреве до определенной температуры, выдержке и последующем, обычно медленном, охлаждении.
Разновидности:
диффузионный (гомогенизационный) отжиг, дорекристаллизационный отжиг, рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия внутренних напряжений
5
Диффузионный отжиг
Диффузионный (гомогенизационный) отжиг осуществляется в целях устранения или уменьшения последствий дендритной ликвации.
Информацию о ликвирующей способности элементов дают диаграммы состояний, а именно, взаиморасположение линий ликвидуса и солидуса. Чем больше расстояние между этими линиями, тем выше способность элемента к ликвации.
6
Диффузионный отжиг
Склонность элемента к ликвации можно судить по величине коэффициента распределения k, равного отношению концентраций
этого элемента в твердой и жидкой фазах в условиях равновесия. Степень ликвации повышается с увеличением разности (1- k).
Коэффициенты распределения элементов в стали
Элемент |
|
1- k |
|
в δ-Fe |
в γ-Fe |
Сера |
0,98 |
0,98 |
Углерод |
0,87 |
064 |
Фосфор |
0,87 |
0,64 |
Кремний |
0,34 |
0,50 |
Марганец |
0,16 |
0,05 |
Хром |
0,03 |
0,03 |
На степень развития ликвации влияет и скорость охлаждения при
кристаллизации. |
7 |
Дендритная ликвация может приводить к глубоким изменениям структуры и фазового состава стали.
В заэвтектоидных сталях, например 9X2, ХВГ и др., возможно появление ледебуритной эвтектики в приграничных объемах зерен. Вследствие этого
распределение карбидной фазы становится неоднородным, возникает
карбидная ликвация.
При горячей обработке давлением, например прокатке, оси дендритов
исходного слитка ориентируются вдоль направления деформации, в результате чего формируется полосчатая волокнистая структура.
При крупном зерне и резко выраженной дендритной ликвации возможно формирование при прокатке строчечной структуры. В доэвтектоидных сталях она представлена в виде чередующихся полос (строчек) феррита и перлита, а в заэвтектоидных - перлита и карбидов.
Наличие волокнистой структуры, а также строчечное расположение различных фаз приводит к появлению анизотропии механических свойств горячекатаных и кованых сталей. Может наблюдаться специфический вид
разрушения горячекатаной стали вдоль направления прокатки – шиферный излом.
8
Температура нагрева при диффузионном отжиге должна быть настолько высокой, чтобы обеспечить интенсивное протекание диффузионных процессов. В то же время температура гомогенизации должна быть ниже температуры плавления наиболее легкоплавких участков в межосных объемах дендритов.
Для сталей обычно 1100...1200 °С. Длительность выдержки до 10...15 ч. После выдержки проводят медленное охлаждение, чаще всего с печью.
Диффузионному отжигу подвергают отливки, слитки и иногда поковки из легированных сталей. Как самостоятельная операция термической обработки диффузионный отжиг используется в основном для крупных литых изделий. Выравнивание химического состава приводит к улучшению комплекса механических свойств.
Диффузионный отжиг слитков удобно совмещать с нагревом под прокатку или ковку. В случае проведения диффузионного отжига улучшается деформируемость стали при горячей обработке давлением. Предварительный отжиг уменьшает структурную полосчатость и анизотропию механических свойств прокатанной стали.
9
Ступенчатая высокотемпературная обработка (СВТО).
Во время первоначальной выдержки в результате выравнивания химического состава повышается температура плавления наиболее легкоплавких межосных участков дендритов и температуру отжига можно повысить. При СВТО осуществляют ступенчатый нагрев с интервалами 20...40 °С и выдержками длительностью несколько часов от 1120...1200 до 1230...1280 °С. СВТО чаще всего подвергают высокоуглеродистые легированные стали, что позволяет повысить их технологическую пластичность и снизить карбидную неоднородность в деформированном состоянии.
Гомогенизация деформированной структуры эффективней, чем литой. Поэтому в ряде случаев может оказаться полезным в процессе горячей обработки давлением проведение диффузионного отжига деформированной заготовки перед последним переделом.
Диффузионный отжиг сопровождается такими нежелательными явлениями, как сильное окисление металла и рост зерна аустенита. Для того чтобы уменьшить окисление, целесообразно отжиг проводить в печах с защитной атмосферой.
10