Материаловедение / 24

• путем кристаллизации аморфных металлических сплавов в кон­тролируемых условиях;

• путем рекристаллизационного отжига интенсивно деформиро­ванных сплавов.

Получаемые порошки по всем этим технологиям имеют нерав­новесную структуру. Нанокристаллические порошки имеют большую удельную поверхность от 20 м /г при диаметре частиц 100 нм до 120 м /г при диаметре 10 нм, что создает трудности при их переработ­ке в компактный материал. Порошки легко окисляются, поэтому их окружают защитной пленкой, удаляемой при прессовании и спекании.

5.4. Отжиг и нормализация

Основными видами термической обработки, изменяющей струк­туру и свойства сталей, являются: отжиг, нормализация, закалка и от­пуск.

Отжиг сталей в зависимости от цели и режимов подразделяется на отжиг I и отжиг II рода.

Отжиг Iрода производится с целью устранения в отливках, по­ковках, штамповках физической или химической неоднородности, созданной предшествующими технологическими операциями. Этот вид отжига может производиться с перекристаллизацией или без нее в зависимости от режимов и назначения.

Отжиг II рода с фазовой перекристаллизацией производится при нагреве выше точек А_с1 или А_с3 с целью измельчения зерна, уст­ранения строчечности структуры, возникающей при горячей обработ­ке давлением, повышения пластичности металла и др.

Различают следующие виды отжига I рода.

Гомогенизирующий (диффузионный), рекристаллизационный, для снятия остаточных напряжений.

Гомогенизирующий отжиг применяют для устранения дендрит­ной и внутрикристаллитной ликвации для высоколегированных ста­лей, а также для цветных металлов и сплавов. При диффузионном от­жиге отливки медленно нагревают до температуры, равной 0,8 Т_пл, с целью увеличения скорости диффузии, осуществляют длительную выдержку и охлаждают медленно вместе с печью. Нагрев печи и ох­лаждение обычно проводят со скоростью не более 100 °С/ч. Продол­жительность процесса доходит до 100 ч.

Рекристаллизационный отжиг применяют для деталей, под­вергшихся обработке методами холодного пластического деформиро­вания (прокатка, штамповка, высадка и др.), с целью устранения на­клепа и текстуры, возникающих при обработке. Детали подвергают медленному нагреву выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры фазовых превращений, выдерживают 0,5...1,5 ч и мед­ленно охлаждают вместе с печью. Температура рекристаллизации Т_р

_{зависит от состава сплава и связана} с _{температуро}й _{его плавления} Т

ды сплава. Для углеродистых и низколегированных сталей а = 0,4, для средне- и высоколегированных сталей а = 0,6.. .0,8.

Процесс рекристаллизации начинается при температурах ниже Т_р с аннигиляции (самоликвидации) противоположных по знаку дислока­ций и определенной ориентации дислокаций. При температуре выше Тр происходит зарождение новых равноосных зерен на границах старых в местах наибольших искажений решеток при наклепе, так называемая первичная рекристаллизация. Затем наступает вторая стадия - собира­тельная рекристаллизация, выражающаяся в росте зерен за счет погло­щения соседних, более мелких. Этот процесс энергетически выгоден, т. к. общая поверхность границ зерен уменьшается. Величина получае­мого зерна зависит от температуры нагрева и степени предшествующей пластической деформации и в меньшей степени от длительности терми­ческого воздействия. Для сталей это температура составляет 680.. .700 °С (рис. 5.7). Рекристаллизационный отжиг приводит к увели­чению пластичности и некоторому снижению прочности стали. Приме­няют его для низкоуглеродистых сталей, содержащих 0,08.0,20 % уг­лерода, используемых для холодной обработки давлением.

Отжиг для снятия остаточных напряжений применяется для литых, сварных и обработанных путем резания деталей, в которых вследствие неравномерного охлаждения возникли внутренние напря­жения. В частности, этому виду термической обработки подвергаются многие детали прецизионных станков (ходовые винты, высоконагру-женные зубчатые колеса, червяки и др.). После основной обработки резанием отжиг сталей производят при температуре 570.600 °С в те­чение 2.3 ч. После окончательной механической обработки для сня­тия шлифовочных напряжений отжигу подвергаются детали при тем­пературе 160.180 °С в течение 2.2,5 ч. Для снятия напряжений, возникающих при сварке, необходимо проводить отжиг при темпера­туре 650.700 °С.

Отжиг IIрода (с фазовой перекристаллизацией).

Данный вид отжига проводится с целью получения равновесной структуры металлов и сплавов, претерпевших при тепловых воздей­ствиях фазовые превращения. Как и в предыдущих отжигах, осущест­вляется медленный нагрев деталей со скоростью ~100 °С/ч до опреде­ленной температуры, выдержка при данной температуре и медленное охлаждение вместе с печью.

Полный отжиг заключается в нагреве деталей до температуры на 30.. .50 °С выше линии А_с3. Время выдержки в печи т_в в часах в за­висимости от объема садки определяется по формуле

где Q - масса садки в тоннах.

Обычно при полном отжиге загрузка металла в печь произво­дится при температуре 450.500 °С. Полному отжигу подвергают сортовой прокат, поковки и фасонные отливки из доэвтектоидных сталей. При отжиге происходит измельчение структуры, но все равно остается феррито-перлитная структура.

Изотермический отжиг заключается в нагреве сталей на 30.50 °С выше линии Ас3, выдержке и быстром охлаждении не­сколько ниже линии А_г1 (обычно ~650 °С) и изотермической выдерж­ке при этой температуре до полного распада аустенита и далее охла­ждении на воздухе. Этот вид отжига используется для деталей небольших размеров, улучшает обрабатываемость резанием, способ­ствует уменьшению деформаций при последующих термической или химико-термической обработках.

Неполный отжиг производится путем нагрева сталей выше ли­нии Ас1, выдержке и медленном охлаждении вместе с печью. При этом происходит полная перекристаллизация для эвтектоидных и заэвтек-тоидных сталей, а для доэвтектоидных лишь частичная, с образовани­ем зернистого перлита, т. е. происходит сфероидизация цементита.

Перекристаллизационный (полный) отжиг проводят для конст­рукционных сталей, содержащих до 0,7 % С, с целью снижения твер­дости, повышения пластичности и получения однородной мелкозер­нистой структуры, а также снятия при этом остаточных напряжений после предыдущих обработок (литье, давление). Высоколегированные стали подвергают изотермическому отжигу.

Инструментальные стали для режущего инструмента и штампов холодного деформирования являются высокоуглеродистыми, содер­жащими от 0,7 до 2,0 % углерода. Они обладают высокой твердостью, что затрудняет их обработку резанием. Для снижения твердости и улучшения обрабатываемости их подвергают сфероидизирующему отжигу. Для эвтектоидных сталей нагрев осуществляют до темпера­туры 750.770 °С, производят выдержку для стабилизации темпера­туры по сечению и осуществляют изотермическую выдержку при температуре 650.680 °С. Заэвтектоидные стали необходимо нагре­вать выше температуры Аст для устранения цементитной сетки из вто­ричного цементита с последующим охлаждением на воздухе (т. е. подвергают нормализационному отжигу ). Затем производят вторичный нагрев для сфероидизации цементита, как и для эвтекто-идных сталей.

Нормализационный отжиг (нормализация) производится путем нагрева деталей из доэвтектоидных сталей выше линии Ас3, а заэвтек-тоидных сталей выше Аст на 30.50 °С, выдержки до их полного про­грева и последующего охлаждения на воздухе. Вследствие большого переохлаждения происходит измельчение структуры, на 10.15 % повышается прочность материала. Широко используется нормализа­ция для среднеуглеродистых сталей вместо закалки и отпуска, т. к. меньше вероятность трещинообразования в процессе термообработки.

Легированные конструкционные стали с повышенной устойчи­востью переохлажденного аустенита после нормализации приобрета­ют высокую твердость, что ухудшает их обрабатываемость резанием. Для улучшения обрабатываемости их подвергают высокотемператур­ному отпуску.

4