4. Основні види і технологічні операції термічної обробки, що по-різному змінюють структуру і властивості сталi

Термічна обробка металів і сплавів є сукупністю технологічних операцій, пов'язаних з нагрівом, витримкою і охолоджуванням і, в деяких випадках, зі зміною хімічного складу поверхневого шару.

Основними видами термічної обробки, що по-різному, змінюють структуру і властивості сталi, є обпалювання, нормалізація, гартування і відпускання. Залежно від вимог, що пред'являється до напівфабрикатів (відливанням, поковкам, прокату і так далі) і до готових виробів призначаються ті або інші види термічної обробки.

Обпалювання – це вид термічної обробки, в результаті якої знижується твердість, але підвищується пластичність і в'язкість сталi. Основне призначення обпалювання – здобуття рівномірної структури. Обпалювання застосовується для поліпшення оброблюваності різанням, усунення внутрішньої напруги, подрібнення структури у відливаннях, неоднорідності структури сталi після гарячої обробки тиском.

Нормалізація – це термічна обробка сталi, при якій виріб нагрівають до аустенітного стану і охолоджують на повітрі. Нормалізацію частіше застосовують як проміжну операцію, поліпшуючу структуру. Нормалізація усуває грубозернисту структуру, що отримується при литті, прокаті, куванні або штампуванні. Для низьковуглецевих сталей її застосовують і як остаточну, наприклад, при виготовленні сортового прокату (рейки, швелери). Після нормалізації покращується оброблюваність різанням.

Гартування – зміцнюючий вид термічної обробки. В результаті гартування підвищується твердість, міцність і зносостійкість сталi, але знижується її пластичність і в'язкість. Інколи гартування застосовують для додання сталі спеціальних фізико-хімічних властивостей, стійкості проти корозії, жароміцність тощо. Гартування полягає в розігріванні сталi до температури вище критичної і подальшому охолоджуванню з швидкістю, що перевищує критичну. Структура такої сталі складатиметься з крупногольчатого мартенситу, що володіє зниженою ударною в'язкістю.

Відпусканням називається нагрів загартованої сталі до температури нижче за лінію евтектоїдного перетворення, витримка при цій температурі з подальшим охолоджуванням (зазвичай на повітрі). Відпускання є остаточною операцією термічної обробки. Метою відпускання є зміна будови і властивостей загартованої сталі: підвищення в'язкості і пластичності, зменшення твердості, повне або часткове усунення напруги, що виникає при гартуванні.

Розрізняють: низькотемпературний (структура – мартенсит відпустки), середньотемпературний (структура–троостит), високотемпературний (структура–сорбіт, який є фертиоцементитною сумішшю середньої дисперсності і має зернисту будову) відпускання.

Термомеханічна обробка полягає в поєднанні пластичної деформації в аустенітному стані з гартуванням. Формування структури загартованої сталі при ТМО відбувається в умовах підвищеної щільності і оптимального розподiлу дислокацій, обумовлених умовами гарячої деформації. Розрізняють два основних способи термомеханічної обробки: високотемпературна ТМО і низькотемпературна ТМО. При ВТМО сталь деформують при температурі вище за точку А_С3, при якій вона має аустенітну структуру. При НТМО сталь деформує в температурній зоні існування переохолодженого аустеніту в області його відносної стійкості (400-600ºС), температура деформації має бути вище за точку М_Н але нижче за температуру рекристалізації.