6. Улучшение металла отжигом. Применение в промышленности.

Отжиг – термическая обработка, в процессе которой производится нагрев деталей из стали до требуемой температуры с последующей выдержкой и медленным охлаждением в печи для получения однородной, равновесной, менее твёрдой структуры, свободной от остаточных напряжений.

Цель отжига – снижение твёрдости и улучшение обрабатываемости стали, изменение формы и величины зерна, выравнивание химического состава, снятие внутренних напряжений; повышение податливости объектов к последующей обработке резанием.

Виды:

• Отжиг 1 рода: применяется для приведения металла в более ровное равновесное структурное состояние: понижается твёрдость, возрастают пластичная вязкость и ударная вязкость. Диффузионный отжиг (гомогенизация): равномерное распределение атомов легирующих компонентов по кристаллическим объектам и всему объёму слитка в результате высокотемпературной диффузии. Низкий отжиг (рекристаллизация): снятие внутренних напряжений и наклёпа вследствие влияния деформаций; ликвидация негативных последствий неравномерного охлаждения сварных конструкций; повышение пластичности и прочности швов. Нормализация: упорядочение внутреннего состояния, придание нужной твёрдости и прочности; улучшение внутреннего состояния перед последующими этапами термообработки и обработки резанием.

• Отжиг 2 года: металл нагревается до температуры выше критических точек, затем следует выдержка различное продолжительности и последующее сравнительно медленное охлаждение: изменение в строении сплава. Полный отжиг: максимальное изменение микроструктуру, полученной литьём или горячим давлением, снижение твёрдости и повышение податливости для последующей обработки. Неполный отжиг: измельчение и смягчение перлитного зерна, без изменения ферритной основы. Изотермический отжиг: улучшение микроструктуру, снятие внутренних дефектов с меньшими затратами времени.

Отжиг применяется для отливок, проката, поковок и сварных изделий из стали с целью понижения твёрдости, уменьшения или уничтожения внутренних напряжений, для подготовки структуры к последующей механической обработке резанием и поверхностным пластическим холодным деформированием и к последующей термической обработке для уменьшения структурной неоднородности, восстановление пластичности, вязкости при некотором снижении прочности и твёрдости. Отжиг является высокорезультативной технологией приведения микроструктуры деталей любой сложности и состава к оптимальному внутреннему строению и состоянию, которое требуется для последующих этапов термических влияний, обработки резанием и т.д.

7. Термическая обработка металлов для инструментов, изготовленных из углеродистых сталей.

Термическая обработка углеродистых инструментальных сталей состоит из двух операций: предварительной и окончательной обработок.

Предварительная термическая обработка сталей заключается в отжиге при 740—760 °С, цель которого — получить микроструктуру, состоящую из зернистого перлита — псевдоперлита, так как при такой микроструктуре после последующей закалки полу­чаются наиболее однородные свойства. Кроме того, при такой структуре облегчается механическая обработка инструмента.

Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска. Закалку проводят в воде от 780—810 °С, т. е, с температур, для доэвтектоидных сталей лежащих несколько выше Лс3, а для заэвтектоидных — лежащих ниже Аст.

Углеродистые стали имеют очень высокую критическую скорость закалки — порядка 200—300 °С/с. Поэтому недопустимо даже малейшее замедление охлаждения при закалке, так как это может привести к частичному распаду аустенита при темпе­ратурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен. Особенно быстро протекает распад аустенита в углеродистых сталях при температурах, близких к 500—550 °С, где он начинается почти мгновенно, протекает чрезвычайно интенсивно и в течение нескольких секунд полностью заканчивается.

Поэтому только инструменты малого диаметра могут после закалки в воде прокаливаться насквозь. Однако при этом в них возникают большие внутренние напряжения, которые могут вызвать существенные деформации.

Инструменты, имеющие крупные размеры, при закалке в воде и в водных растворах солей, кислот и щелочей, охлаждающая способность которых выше, чем воды, закаливаются на мартенсит лишь в тонком поверхностном слое. Структура же глубинных зон инструментов представляет собой продукты распада аустенита в перлитном интервале температур. Сердцевина инструментов, имеющая такую структуру, является менее хрупкой по сравнению с мартенситной структурой. Поэтому инструменты, имеющие такую сердцевину, лучше переносят толчки и удары по сравнению с инструментами, закаленными насквозь на мартенсит.

Углеродистые стали наиболее целесообразно применять для инструментов небольшого сечения (до 5 мм), которые можно закаливать в масле и достигать при этом сквозной прокаливаемости, а также для инструментов диаметром или наименьшей толщиной 18—25 мм, в которых режущая часть приходится только на поверхностный слой, например напильники, зенкера, метчики.

Углеродистые инструментальные стали отпускают при температурах не более 200 °С во избежание снижения твердости. Твердость окончательно термически обработанного инструмента из углеродистых сталей обычно лежит в интервале НВ.С 56—64.

Достоинствами углеродистых инструментальных сталей являются низкая стоимость, хорошая обрабатываемость давлением и резанием в отожженном состоянии.

Их недостатками являются невысокие скорости резания, ограниченные размеры инструмента из-за низкой прокаливаемости и его значительные деформации после закалки в воде.