Відпал іі роду (фазова перекристалізація)

Під відпалом ІІ роду розуміють нагрів сталі до температур вище точок А_С3 чи А_С1 витримці, з наступним повільним охолодженням, в результаті яких проходять фазові перетворення, які вливають на кінцевий структурний стан. Структура після відпалу ІІ роду відповідає структурному складу діаграми Fe-Fe₃C. При фазовій перекристалізації подрібнюється зерно сталі, усувається відманштеттова структура, зменшується структурна неоднорідність. Цей відпал сприяє підвищенню пластичності та в'язкості. Відпал ІІ роду може бути як попередньою, так і кінцевою термічною обробкою для виливків, поковок, сортового і фасонного прокату, труб, листів. Основними параметрам відпалу є температура, час витримки при заданій температурі та швидкість охолодження. Ці параметри повинні забезпечувати необхідні фазові перетворення і унеможливлюються фазові перетворення, що відбуваються дифузійним шляхом і забезпечують необхідні зміни структури.

До відпалу ІІ роду відноситься: повний, неповний, ізотермічний, низький, нормалізаційний, графітизуючий, сфероїдизуючий.

Повний відпал. При такому відпалі нагрів сталі проводять до температур на 30…50°С вище А_С3 (GS), витримка до повного прогріву металу і повільне охолодження разом з піччю. При цьому протікають процеси повної фазової перекристалізації.

При нагріві до температур вище точки А_С3 утворюється аустеніт. Він утворюється на границі розділу фериту і цементиту, тому при нагріві на 30…50°С вище температури точки А_С3 число зародків завжди достатньо велике і зерно аустеніту, яке утворюється буде дрібним (невеликим). Надмірне підвищення температури вище точки А_С3 приводить до росту зерна аустеніту. Швидкість нагріву садки при повному відпалу 100°/ год., час витримки 0,25…1,0 год. на 1 т. садки.

Повільне охолодження при відпалі залежить від стійкості переохолодженого аустеніту, а відповідно і від складу сталі, стійкість аустеніту залежить від кількості легуючих елементів. Леговані сталі охолоджують зі швидкістю 10-100°/год., а леговані 150-200°/год. Після розпаду аустеніту в перлітній області охолодження можна вести на повітрі. Це зменшує можливість утворення відпускної крихкості. Такому відпалу піддають: поковки, фасонні виливки, зливки легованих сталей для зниження твердості та покращення обдирання перед прокаткою.

Неповний відпал. Нагрів при цьому відпалі проводять у двохфазну область, тобто вище точки А_С1. Доевтектоїдні сталі піддають неповному відпалу для зняття напружень і покращення обробки різанням, застосовується для сталей, у яких попередня термічна обробка не призвела до утворення відманштеттової структури.

Для заевтектоїдних сталей неповний відпал застосовується для отримання зернистого перліту (сфероїдизація).

Сталь із зернистим перлітом має більш низьку твердість, межу міцності і більш високі значення відносного подовження і звуження, вона менше схильна перегріву, утворенню тріщин і деформаціям при гартуванні.

Відпалу на зернистий перліт піддають тонкі листи і прутки і низько вуглецевої сталі перед холодним штампуванням чи волочінням для підвищення пластичності.

Ізотермічний відпал. Такому відпалу піддають в основному леговані сталі. Нагрів при цьому здійснюється то температур вище точки А_С3, витримують при заданій температурі і охолоджують до температур на 100…150°С нижче температури точки А_С1 (~650°С у другій печі) і при цій температурі проводиться ізотермічна витримка для повного розпаду аустеніту, після чого швидко охолоджують на повітрі. Переваги – скорочується термін відпалу, структура, яка при цьому утворюється, більш однорідна. Ізотермічному відпалу піддають прокат, поковки та інші заготовки невеликих розмірів із легованих сталей.

Низький відпал (високий відпуск). Леговані сталі в деяких випадках після гарячої пластичної деформації (прокатки) мають структуру сорбіту, трооститу або мартенситу,а відповідно і високу твердість. Для зменшення твердості сортовий прокат піддають відпуску при температурі 650…680°С. при таких температурах відбувається розпад мартенситу, коагуляція карбідів і зниження твердості.

Вуглецеві сталі піддають високому відпуску у тих випадках, коли вони призначаються для обробки різанням, холодній висадці чи волочінню. Для високолегованих сталей, у яких перлітне перетворення повністю відсутнє, високий відпуск (низький відпал) є єдиною термічною обробкою, яка дозволяє знизити їх твердість.

Нормалізацйний відпал (нормалізація). Нормалізація – нагрів доевтектоїдної сталі до температур на 50…60°С вище точки А_С3 , а заевтектоїдної вище точки А_cm (SE), витримка при заданій температурі і наступне охолодження на повітрі. Нормалізація усуває крупнозернисту будову, застосовується для покращення властивостей сталевих виливок. Прискорене охолодження на повітрі сприяє розпаду аустеніту при більш низьких температурах, що підвищує дисперсність ферито-цементитної суміші і збільшує кількість перліту в суміші. В результаті такого процесу підвищується міцність на 10..15%, та твердість, внаслідок подрібнення зерна покращується в'язкість. Нормалізацію застосовують інколи взамін відпалу, оскільки вона дешевша, взамін гартування сеердньовуглецевих сталей. Механічні властивості хоч і нижчі після нормалізації, але ця операція термічної обробки простіша, дає меншу деформацію ніж гартування. У заевтектоїдних сталей нормалізація усуває цементитну сітку, а нормалізація і високий відпуск при температурі 600…650°С виправляє структуру у легованих сталей.

Графітизуючий відпал. Такий відпал проводять при температурі 950…975°С, використовується для отримання ковкого чавуну. При ізотермічній витримці проходить розпад цементиту на аустеніт і графіт.

Сфероїдизуючий відпал евтектоїдної та заевтектоїдної сталей складається з нагрівання до температури дещо вищої від точки А_С1, тривалого витримування, повільного охолодження (30…40°/год) до 600°С і далі на повітрі, або циклічного багаторазового нагрівання вище від точки А_С1 і охолодження нижче від точки Аr₁. При цьому відбувається усунення пластинчастого перліту та сітки цементиту, утворюється кінцева структура фериту та зернистого цементиту. Сфероїдизацію карбідів здійснюють для підвищення обробки різанням високовуглецевих інструментальних сталей, підвищення пластичності мало- і середньовуглецевих сталей перед холодним штампуванням і волочінням.