54. Нормализация. Д ефекты

при обж иге и нормализации

Термическую операцию, при которой сталь нагре-

вают до температуры на 30—50°С выше верхних кри-

тических точек при нагревании и охлаждении, выдер-

живают при этой температуре и охлаждают на спо-

койном воздухе, называют нормализацией. При

нормализации уменьшаются внутренние напряжения,

происходит перекристаллизация стали, измельчающая

крупнозернистую структуру металла сварных

швов, отливок или поковок. Нормализация стали по

сравнению с отжигом является более коротким про-

цессом термической обработки. Сплавы после нор-

мализации приобретают мелкозернистую структуру и

несколько большую прочность и твердость, чем при

отжиге. Нормализацию применяют для исправления

крупнозернистой структуры, улучшения обрабатыва-

емости стали резанием, улучшения структуры перед

закалкой.

В процессе отжига и нормализации могут возник-

нуть следующие дефекты: окисление, обезуглеро-

живание, перегрев и пережог металла. Металл окис-

ляется при взаимодействии поверхностей стальных

деталей с печными газами. В результате на деталях

образуется окалина — химическое соединение ме-

талла с кислородом. Образование окалины не только

вызывает угар металла на окалину, но и повреждает

поверхность деталей. Поверхность стали под окали-

ной получается разъеденной и неровной. Обезуглероживание,

т.е. выгорание углерода с поверх-

ности деталей, происходит при окислении стали.

Обезуглероживание резко снижает прочностные

свойства конструкционной стали. Обезуглерожива-

ние поверхности может вызвать образование зака-

лочных трещин и коробление. Для предохранения

деталей от окисления и от обезуглероживания при

отжиге, нормализации и закалке применяют безокис-

лительные газы, которые вводят в рабочее про-

странство печи.

При нагреве стали выше определенных температур

и длительных выдержках в ней происходит быстрый

рост зерен, ведущий к возникновению крупнокрис-

таллической структуры. Это явление называют пере-

гревом. Перегрев ведет к понижению пластических

свойств стали. Перегрев металла может быть исправ-

лен последующей термической обработкой — отжи-

гом или нормализацией. Пережог получается в ре-

зультате длительного пребывания металла в печи при

высокой температуре, близкой к температуре плав-

ления. Физическая сущность пережога состоит в

том, что кислород при высокой температуре проника-

ет в глубь нагреваемого металла и окисляет границы

зерен. В результате связь между зернами ослабева-

ет, металл теряет пластичность и становится хруп-

ким.

55. Термомеханическая обработка стали

Термомеханическая обработка — метод упроч-

нения стали при сохранении достаточной пластич-

ности, совмещающий пластическую деформацию и

упрочняющую термическую обработку (закалку и от-

пуск). При термомеханической обработке деформа-

ции подвергают сталь в аустенитном состоянии, а

при последующем быстром охлаждении формирова-

ние структуры закаленной стали (мартенсита) проис-

ходит в условиях наклепа аустенита, в связи с чем и

повышаются механические свойства стали. Пласти-

ческое деформирование при термомеханической об-

работке возможно прокаткой, ковкой, штамповкой и

другими способами обработки металлов давлением.

Различают следующие способы термомеханической

обработки — высокотемпературную и низкотемпера-

турную обработки (см. рисунок).

При высокотемпературной термомеханической

обработке сталь нагревают выше точки Ас3, пласти-

чески деформируют при этой температуре (степень

деформации 20—30%) и закаливают.

При низкотемпературной термомеханической

обработке сталь нагревают выше точки Ас3, охлажда-

ют до температуры относительной устойчивости аус-

тенита, но ниже температуры рекристаллизации,

пластически деформируют при этой температуре

(степень деформации 75—95%) и закаливают. В обо-

их случаях после закалки следует низкий отпуск.

Высокотемпературной термомеханической обра-

ботке можно подвергать любые стали, а низкотемпе-

ратурной обработке — только стали с повышенной

устойчивостью переохлажденного аустенита (легиро-

ванные стали). По сравнению с обычной закалкой

после термомеханической обработки механические

свойства получаются более высокими.

Наибольшее

упрочнение достигается после низкотемпературной

термомеханической обработки (в = 2800—3300 МПа,

= 6%), после обычной закалки и низкого отпуска

предел прочности в не превышает 2000—2200 МПа и

= 3—4%, где — относительное удлинение.

При термомеханической обработке стали повыше-

ние прочности объясняется тем, что в результате

деформации аустенита происходит дробление его

зерен. При последующей закалке из такого аустенита

образуются более мелкие пластинки мартенсита, что

положительно сказывается на пластических свойс-

твах и вязкости стали.