3.2. Основные виды термической обработки стали

Отжиг. Традиционно сложившееся понятие «отжиг» относится к нескольким режимам термообработки, объединенным целью – привести сталь в равновесное состояние с минимальной плотностью дислокаций и крупнозернистой феррито-перлитной структурой. Сталь с такой структурой обладает низкой твердостью и высокой пластичностью. Наиболее распространенной разновидностью отжига является обыкновенный отжиг, который производится с целью умягчить сталь перед механической обработкой или подготовить сталь к окончательной термической обработке. Сталь нагревается до температуры на 30-50 С выше линии фазовых превращений (GSK), выдерживается при этой температуре до полного завершения структурно-фазовых превращений и охлаждается с очень малой скоростью в камере печи.

Диффузионный отжиг или гомогенизация применяется с целью устранения в легированной стали неоднородности химического состава (ликвации). Нагрев при диффузионном отжиге проводят до максимально высоких температур, так как при этом условии наиболее интенсивно происходят диффузионные процессы выравнивания химического состава сплава (рис.3.1,а–1). Для легированных сталей температуру нагрева выбирают в интервале 1050-1250 C, выдержка достаточно длинная – 15-20 ч. Отжиг для снятия внутренних напряжений проводят с целью уменьшения остаточных напряжений, образовавшихся в металле при ковке, литье, сварке, и способных вызвать коробление и разрушение детали. Нагрев проводят в интервале 200-500 C с последующим медленным охлаждением (рис.3.1,а–2). Рекристаллизационный отжиг проводят с целью устранения наклепа холоднодеформированного металла. Температура нагрева в этом виде отжига выбирается на 150-250 C выше температуры начала рекристаллизации обрабатываемого сплава (рис.3.1,а–3).

а) б)

Рис.3.1. Температуры нагрева стали (а): при гомогенизации – 1, отжиге для снятия напряжений – 2, рекристаллизационном отжиге – 3, нормализации – 4, закалке – 5; схема технологического процесса термообработки (б)

Нормализация. Особенностями этого режима являются температура нагрева стали выше температуры полиморфного превращения по линии GSE и охлаждение на спокойном воздухе. Ускоренное, по сравнению с обычным отжигом охлаждение, придает стали более дисперсную феррито-цементитную структуру – сорбит и более высокую прочность (рис.3.1,а–4).

Закалка на мартенсит. Закалка стали заключается в нагреве ее выше температуры фазовых превращений (GSK), выдержке для завершения всех превращений и охлаждении с высокой скоростью с целью получения при комнатной температуре неравновесной структуры – мартенсита (рис.3.1,а–5). Минимальная скорость охлаждения, необходимая для подавления диффузионных процессов и образования мартенсита, называется критической скоростью охлаждения. Скорость охлаждения определяется видом охлаждающей среды. По мере уменьшения охлаждающей способности, среды располагаются в следующем порядке: водные растворы солей, вода, расплавы солей и металлов, минеральные масла, водные растворы полимеров. Легированные стали охлаждают с меньшей скоростью, чем углеродистые стали. На рис.3.1,б представлена схема технологического процесса .

Отпуском стали называется нагрев закаленной стали для получения более устойчивого структурного состояния. Отпуск обычно является заключительной операцией термической обработки, придающей стальному изделию окончательные свойства, необходимые по условиям эксплуатации детали. Температуру отпуска назначают в зависимости от требуемых свойств. Различают три вида отпуска: низкий, средний, высокий. Низкий отпуск проводится при 150-180 С, для легированных сталей – до 250 С, полученную структуру называют мартенсит отпуска. Сохраняется высокая твердость, износостойкость стали, немного повышается пластичность. Этот вид отпуска применяется для режущего и измерительного инструмента, для штампов. Средний отпуск при температурах 350-450 С применяется при производстве, главным образом, пружин и рессор. Его цель – обеспечить высокую прочность и упругость. При таком нагреве завершается распад мартенсита, полученная структура называется троостит отпуска. Высокий отпуск кострукционных углеродистых и легированных сталей производится при 500-650 С. Его основное назначение – получить хорошую пластичность при достаточно высоком значении прочности. Более высокая температура нагрева ускоряет диффузионные процессы в закаленной стали и, при распаде мартенсита, образуются более крупные зерна феррита и цементита – сорбит отпуска. Такой комплекс свойств является идеальным для деталей машин, подвергающихся динамическим и циклическим нагрузкам, поэтому сочетание закалки и высокого отпуска издавна называют «улучшением стали».