Сл.14. Неполный отжиг

Неполный отжиг используется для снижения твердости доэвтектоидных сталей и уменьшения внутренних напряжений. Он заключается в нагреве до температур, лежащих выше Ас₁, но ниже Ас₃, и последующем охлаждении с такой же скоростью, что и при полном отжиге (см.рис. 12.6). При таком режиме нагрева полная перекристаллизация стали не реализуется: в аустенит полностью превращается лишь перлит, а избыточный феррит претерпевает частичное превращение. Поэтому неполный отжиг может быть использован только в тех случаях, когда структура стали, сформировавшаяся при предшествующих технологических операциях, имеет достаточно мелкое зерно и в ней нет грубых ферритных образований. Снижение твердости, приводящее к улучшению обрабатываемости резанием, связано в основном с образованием при отжиге менее дисперсного перлита, чем исходный.

Неполный отжиг по сравнению с полным менее продолжителен и более экономичен.

Сл. 15. Низкотемпературный отжиг

Низкотемпературный отжиг заключается в нагреве до температур, лежащих несколько ниже точки Ас₁. После окончания выдержки охлаждение обычно производится на воздухе. Такой отжиг применяется в основном для конструкционных легированных сталей в целях снижения твердости, что позволяет улучшить обрабатываемость резанием. При осуществлении этой обработки нецелесообразно проводить нагрев очень близко к точке Ас₁ из-за возможности случайного перегрева выше этой точки. Оптимальные температуры нагрева зависят от химического состава сталей и составляют 650...700 °С.

Низкотемпературный отжиг позволяет смягчить любую сталь с любой исходной структурой. Но при этом следует иметь в виду, что при такой обработке измельчение зерна не происходит. При отжиге сталей с исходной феррито-перлитной структурой отмечены в основном сфероидизация и коалесценция карбидной фазы и полигонизация феррита.

Для высоколегированных сталей, у которых устойчивость переохлажденного аустенита в температурном интервале диффузионного превращения велика, низкотемпературный отжиг может оказаться единственным способом снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием. Такие стали, как 18Х2Н4МА, 25Х2Н4МА, даже при очень медленном охлаждении из аустенитной области имеют мартенсито-бейнитную структуру. При их низкотемпературном отжиге происходят распад мартенсита, бейнита и остаточного аустенита и формирование структуры сорбита отпуска. В данном случае такая обработка по существу является высоким отпуском.

Сл.16. Нормализация

При нормализации сталь нагревают до аустенитного состояния и после непродолжительной выдержки охлаждают на спокойном воздухе. Температуру нагрева выбирают на 30...50 °С выше точки Ас₃ для доэвтектоидных сталей и точки Ac_cm, для заэвтектоидных (см. рис. 12.6). Охлаждение на воздухе должно обеспечить формирование феррито-карбидной структуры. По существу нормализация – это тот же полный отжиг, но только осуществляемый с ускоренным охлаждением. Задачи нормализации в основном те же, что и у полного отжига. Она широко используется для улучшения структуры и свойств углеродистых и низколегированных сталей с невысокой устойчивостью переохлажденного аустенита. По сравнению с полным отжигом диффузионное превращение при нормализации протекает при больших переохлаждениях, что обусловливает формирование более дисперсной феррито-карбидной структуры. Кроме того, уменьшается количество избыточного феррита или избыточного цементита, а также и «меняется» содержание углерода в перлите, т.е. образуется квазиэвтектоид.

Сл.17. В ряде случаев нормализация обеспечивает формирование более благоприятной структуры, чем отжиг. В низкоуглеродистых сталях в результате ускоренного охлаждения при нормализации уменьшается вероятность образования структурно свободного цементита. В среднеуглеродистых сталях при такой обработке легче устраняются большие скопления ферритных зерен, что не всегда достигается при отжиге. Такой характер выделения избыточного феррита не только ухудшает обрабатываемость резанием. В участках, где наблюдаются скопления ферритных зерен, при нагреве под закалку аустенит может иметь пониженное содержание углерода и в закаленной стали их твердость окажется более низкой (возникают так называемые мягкие пятна). Нормализация горячекатаной стали в большей степени ослабляет проявление строчечности в структуре, связанной с предпочтительным выделением избыточного феррита на неметаллических включениях.

Твердость стали после нормализации выше, чем после обычного отжига. С повышением содержания углерода в аустените растет склонность аустенита к переохлаждению, а следовательно, и к образованию при диффузионном превращении более дисперсной феррито-карбидной структуры. Поэтому чем выше содержание углерода в стали, тем больше разница в твердости после отжига и нормализации. Так, твердость сталей с 0.2; 0.4 и 0.8 %С после отжига равна 120, 160 и 180 НВ, а после нормализации 130, 190 и 240 НВ соответственно. Для сталей с относительно невысоким содержанием углерода (до 0.3 %С) некоторое повышение твердости после нормализации заметно не сказывается на обрабатываемости резанием.

В случае малоуглеродистых сталей нормализация часто используется вместо отжига. Она является более кратковременной обработкой и часто обеспечивает формирование более оптимальной структуры для проведения последующих технологических операций. Для ряда малоуглеродистых сталей нормализация позволяет получить повышенный уровень прочности в сочетании с низким порогом хладноломкости и применяется как окончательная термическая обработка.

Среднелегированные стали после нормализации по сравнению с отжигом имеют более высокие прочностные свойства при той же или даже большей пластичности и ударной вязкости. В сравнении с закалкой и высоким отпуском (улучшением) комплекс свойств нормализованной стали хуже (табл. 12.2). Однако для многих изделий свойства оказываются вполне приемлемы, и тогда нормализацию используют как окончательную термическую обработку.

Таблица 12.2

Механические свойства стали 40Х после различных обработок (А. П. Гуляев)

Режим обработки	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ,%	ψ, %	KCU, МДЖ/м2
Отжиг	364	656	21.0	53.5	0.56
Нормализация	450	754	20.9	56.0	0.78
Закалка и высокий	765	876	22.5	67.5	1.68
отпуск

Применение нормализации для заэвтектоидных сталей связано в основном с устранением грубой карбидной сетки. При нагреве выше Ас_cm происходит растворение избыточного цементита, а последующее ускоренное охлаждение на воздухе подавляет его выделение по границам зерен.