Термическая обработка сталей

1 Содержание и последовательность выполнения работы

1. Изучить теоретическую часть работы.

2. Выбрать различные операции термической обработки в зависимости от требуемых свойств изделия.

3. Установить режим термической обработки для выбранных операций.

4. Провести термическую обработку заданных образцов.

5. Провести оценку влияния термической обработки на структуру и свойства углеродистой стали.

2 Основы термической обработки

Термической обработкой стали называется технологический процесс, состоящий из нагрева стальных заготовок, деталей или инструментов до определенных температур, выдержки и последующего охлаждения с заданной скоростью. Целью термической обработки является изменение структуры стали и получение требуемых свойств.

Термическая обработка основана на вторичных фазовых превращениях в структуре стали при её нагреве и охлаждении. Вторичные фазовые превращения (превращения в твердом состоянии) вызываются аллотропией железа, то есть способностью железа при нагреве и охлаждении изменять строение кристаллической решетки Fe_ Fe_

1. Виды термической обработки

Основные виды термической обработки стали – отжиг, а также нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг и нормализация относятся к операциям предварительной обработки. Такой термической обработке подвергаются заготовки (поковки, отливки, сварные заготовки) с целью снижения твердости и улучшения обрабатываемости на металлорежущих станках.

Закалка и отпуск относятся к операциям окончательной термической обработки, применяемой для готовых деталей или инструментов. Целью закалки является получение высокой твердости, прочности и износостойкости. Отпуск служит вспомогательной операцией после закалки с целью уменьшения хрупкости закаленной стали или получения требуемого комплекса свойств (высокой упругости, высокой вязкости в сочетании с достаточно высокой прочностью и др.)

1. Режим термической обработки.

   Любой режим термической обработки определяется двумя факторами: температурой и временем и может быть представлен графически в координатах «время-температура». Температура нагрева для отжига, нормализация и закалки определяется положением критических точек А₁, А₃ и А_cm. При изменении времени охлаждения (скорости охлаждения) изменяется характер фазовых (структурных) превращений стали, обуславливающих получение разных структур, имеющих различные свойства. При отжиге и нормализации изделия охлаждаются медленно (соответственно в печи и на воздухе), а при закалке – быстро (в воде или масле). Температура нагрева при отпуске не превышает нижней критической точки А₁.

Графическое изображение основных операций термической обработки показано на рисунке 1.

3. Фазовые превращения при термической обработке.

При термической обработке стальных заготовок, деталей или инструментов могут происходить следующие фазовые превращения:

2.3.1 При нагреве выше критических точек А₁ и А₃ Fe_+Fe₃СFe_(C), то есть превращение ПЕРЛИТА, состоящего из механической смеси кристаллов ФЕРРИТА и ЦЕМЕНТИТА, в АУСТЕНИТ.

2.3.2 При медленном охлаждении Fe_(C)  Fe_+Fe₃С, то есть диффузионное превращение АУСТЕНИТА в ПЕРЛИТ.

2.3.3 При быстром охлаждении Fe_(C)  Fe_т (С), то есть бездиффузионное превращение АУСТЕНИТА в МАРТЕНСИТ.

2.3.4 При нагреве закаленной стали не выше нижней точки А₁

Fe_т (С)  Fe_+Fe₃С, то есть превращение МАРТЕНСИТА в ПЕРЛИТ.

Рисунок 1. Графическое изображение отжига, нормализации, закалки и отпуска; t_н – температура нагрева; _н , _в и _охл – время нагрева, выдержки и охлаждения, соответственно.

3 Технология термической обработки

Разработка технологического процесса термической обработки 1, 2 заключается в выборе оборудования и назначение режимов обработки: температуры нагрева, времени нагрева и выдержки, скорости охлаждения.