6.Предварительная термическая обработка углеродистых сталей. Нормализация, отжиг стали. Виды брака. Перегрев, пережег : влияние на механические свойства стали. Способы устранения брака.

Предварительная термическая обработка стальных заготовок (нормализация, отжиг).

Предварительную термическую обработку выполняют для обеспечения требуемых технологических свойств материала заготовок (отливок, поковок, проката и т.п.) и подготовки структуры к окончательной термической обработке: 1) уменьшения твёрдости для снижения усилий резания; 2) измельчения зерна с целью повышения пластичности, так как современные методы обработки конструкционных сталей связаны в основном с формообразованием за счет пластической деформации; 3) устранения различных дефектов структуры (строчечное, ферритной сетки, видманштеповой структуры); 4) получения равномерного распределения структурных составляющих; 5) снятия внутренних напряжений.

В качестве предварительной термической обработки сталей проводят отжиг или нормализацию.

Отжиг - нагрев доэвтектоидной стали до температуры на 30-50 °С выше линии Ac3, выдержка и медленное охлаждение с печью (скорость охлаждения 20-30 град/ч).

При нормализации в отличие от отжига охлаждение производят на спо­койном воздухе (скорость охлаждения 3 град/с).

Нагрев доэвтектоидных сталей при предварительной термической обра­ботке выше линии Ac3 необходим для измельчения зерна в сплавах в результате полной перекристаллизации. При этом следует учитывать, что измельчение стали. Такой дефект структуры носит название перегрева. Нагрев же стали в межкритический интервал температур (ниже линии Ас₃, но выше Ac1) не приводит к полной перекристаллизации (измельчается только зерно перлита). Нормализация приводит к несколько более высокой твёрдости, чем от­жиг.

Для сталей, содержащих 0,25-0,5 % углерода, повышение твёрдости ко­торых при нормализации невелико, выгоднее проводить нормализацию; для более высокоуглеродистых сталей, содержащих 0,55-0,75 % С - отжиг, но, воз­можно, и нормализацию - в зависимости от используемой в дальнейшем технологии.

Малоуглеродистые стали (до 0.25 % С) необходимо подвергать только нормализации, чтобы сталь, имея структуру феррит + перлит (небольшое коли­чество), была пластичной. После отжига эти стали будут иметь структуру фер­рита и цементита, расположенного по границам ферритных зерен, что сильно охрупчивает стали.

Измельчение зерна при отжиге или нормализации доэвтектоидных сталей в результате перекристаллизации происходит как при нагреве, так и при охлаж­дении.

Рост зерна при нагреве происходит в тем большей степени, т. е. зерна тем более укрупняются, чем выше температура и больше время выдержки. Получение крупного зерна в связи с высокой температурой нагрева называют перегревом металла.

 В сталях рост зерна аустенита начинается по существу с момента перехода за точку Ас3, но сначала этот рост мало заметен и становится явным лишь при нагреве на несколько десятков градусов выше указанных точек. Как начало заметного роста зерна, так и скорость самого роста с температурой зависят от качества (сорта) стали и, в частности, от содержания в ней углерода.

Перегретая сталь имеет крупное зерно, которое наблюдается в ней обычно в сочетании с видманштеттовой структурой. Имея крупное зерно, перегретая сталь будет обнаруживать пониженные механические свойства (главным образом, низкую ударную вязкость). Перегрев металла - порок (дефект), который может бить исправлен надлежащей обработкой (размельчающим отжигом, ковкой и т. п.), и, следовательно, перегрев не столь опасен, если изделие позволяет произвести обработку.

Пережог металла. Наблюдается при таких высоких нагревах сплава, когда последний близок к точке начала плавления. В этом случае по границам зерен сплава начинается оплавление основной фазы и возможных примесей (эвтектик) и проникновение к ним кислорода (из воздуха), дающего с металлом и примесями неметаллические (окисные) включения или оболочки, разобщающие связь между зернами и этим сильно снижающие прочность и пластичность металла.

 При сильном пережоге такие неметаллические пленки вокруг зерен можно видеть на полированном шлифе даже без травления. Такие пленки уже нельзя удалить из металла термической обработкой, и пережженный металл становится непоправимым браком, годным лишь в переплавку.

 Хотя пережог должен получаться при достижении линии солидуса, однако в практике никогда не рекомендуется доходить вплотную до линии солидуса при нагреве. В целях предосторожности максимальным допустимым нагревом для сталей считается температура примерно на 100-200° ниже линии солидуса.