5. Термообработка стали

Термообработка (тепловая обработка) - это одним из наиболее распространенных способов обработки металлов и сплавов для изменения их свойств в заданном направлении. Процесс термической обработки заключается в нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении с заданной скоростью.

Термообработка основана на способности металла изменять свою внутреннюю структуру, а, следовательно, и свойства при нагревании и охлаждении. Путем такой обработки можно придавать стали необходимые свойства при неизменном химическом составе; сделать стальные изделия твердыми или хрупкими, прочными или пластичными.

Основные виды термообработки:

1. отжиг 1 – го и 2 – го рода;

1 – го рода: диффузионный, рекристаллизационный

2 – го рода: полный, неполный, изотермический

2. нормализация

3. закалка

4. отпуск

Виды термообработки отличаются температурой нагрева, продолжительностью выдержки, скоростью охлаждения. И в результате сплавы получают разные свойства. Выбор вида термообработки зависит от свойств стали, которые нужно получить, а режимы термообработки зависят от химического состава, формы и размеров продукции.

Отжиг (рекристаллизационный) заключается в нагреве до определенной температуры, затем идет длительная выдержка при этой температуре и медленное охлаждение – обычно вместе с печью. Такому отжигу подвергают все стали для глубокой вытяжки. В результате холодного деформирования - холодной прокатки происходит упрочнение металла (наклеп). Зерна, деформируясь, приобретают вытянутую форму. Изменение структуры приводит к изменению свойств: прочность повышается, пластичность понижается. Металл не пригоден к штамповке.

При комнатной температуре подвижность атомов для самопроизвольной перестройки структуры недостаточна и металл сохраняет свойства наклепанного состояния. Нагрев сообщает металлу дополнительную энергию, подвижность атомов возрастает. Среди вытянутых зерен идет зарождение и рост новых мелких равноосных зерен; они растут за счет старых вытянутых до столкновения друг с другом и до полного исчезновения вытянутых зерен. Это явление называется рекристаллизацией – процесс образования и рост новых зерен.

Цель отжига деформированного металла – рекристаллизация, процесс возврата структуры и свойств. Рекристаллизационный отжиг снимает наклеп, сделает сталь пластичной, благодаря чему улучшается ее обрабатываемость.

Размер зерна оказывает влияние на свойства металла. Наилучшее сочетание прочности и пластичности наблюдается в мелкозернистых сталях.

Нормализация – это нагрев стали и последующее охлаждение на спокойном воздухе (без выдержки). При этом устраняется крупнозернистая структура, происходит измельчение зерна. Происходит перекристаллизация, сталь приобретает более мелкозернистую структуру и более высокую прочность и твердость, чем после отжига, но частично теряет свою пластичность. Используется вместо закалки и отпуска.

Закалка – вид термообработки, при котором металл после нагрева до высокой температуры и выдержки, охлаждают быстро. Охлаждение производят в основном в воде (углеродистые стали) и в масле (легированные стали). Быстрое охлаждение позволяет придать стали высокие механические свойства: прочность, твердость, износостойкость, повысить режущие свойства, но при этом снижается пластичность.

Отпуск – это вид термообработки, заключающийся в нагреве закаленной стали до определенной температуры, выдержке и охлаждении на воздухе. Является окончательной термообработкой.

Закаленная сталь находится в сильно напряженном состоянии, обладает высокой твердостью, хрупкостью, что делает ее не пригодной для практического использования. Для снижений внутренних напряжений, хрупкости, повышения пластичности и получения более равноосной структуры после закалки используется отпуск стали.

41