7. Превращения при отжиге стали
Ц е л ь р а б о т ы: изучение различных видов отжига как технологических операций термообработки, изучение влияния отжига на микроструктуру и твердость стали.
7.1. Отжиг первого рода
Отжигом первого рода называется нагрев металла, находящегося в неравновесном состоянии в результате предшествовавшей обработки (литья, обработки давлением, сварки и др.), для приведения его в термодинамически более устойчивое состояние. Фазовые превращения при этом обычно не протекают, а если они и наблюдаются, то не являются средством для достижения поставленных целей.
В зависимости от того, какие отклонения от равновесия устраняются, различают несколько видов отжига первого рода.
Диффузионный отжиг (гомогенизация) применяется для устранения химической неоднородности литой стали – дендритной ликвации, которая приводит к анизотропии механических свойств в катаном и кованом металле, понижению пластичности и вязкости, возникновению таких дефектов, как шиферный излом и флокены.
Отжиг производится при высокой температуре (1050-1150 0С) с длительной выдержкой (12-20ч), охлаждение замедленное до 200-250 0С. Общая длительность отжига достигает 80-100ч. Диффузионному отжиге подвергаются слитки и крупные отливки из легированных сталей.
При диффузионном отжиге происходит сильный рост зерна. Для получения мелкозернистой структуры и повышения механических свойств отливки дополнительно подвергаются полному отжигу или нормализации, для слитков же такой обработки не требуется.
Рекристаллизационным отжигом называется нагрев холоднодеформированной стали до температур 650-720 0С с целью снятия внутренних напряжений, повышения пластических свойств, снижения твердости и прочности, то есть для устранения последствий наклепа.
Рекристаллизационному отжигу подвергаются холоднокатаные листы, калиброванные прутки, многие сорта проволоки и другие изделия, получаемые методами холодной пластической деформации.
Отжиг для снятия остаточных напряжений. Температура нагрева колеблется в широких пределах ниже А1 , чаще – 200-600 0С. Применяется для снятия внутренних напряжений, возникших
47
а в
б г
в д
Рисунок 7.4 – Микроструктура доэвтектоидной стали в литом и
термически обработанном состояниях:
а – видманштеттова структура литой стали, х 100;
б – крупнозернистая структура литой стали, х 100;
в – после отжига, х 300;
г – после нормализации, х 300;
д – после неполного отжига, х 100;
е – зернистый перлит, х 500
46
Цели изотермического отжига те же, что и полного. Преимущество изотермического отжига состоят в уменьшении
Рис. 7.3 – Схема охлаждения стали при изотермическом отжиге
длительности процесса, особенно для легированных сталей, которые приходится очень медленно охлаждать для требуемого снижения твердости. Кроме того, структура и свойства получаются более однородными, так как превращение по всему объему изделия происходит при одинаковой степени переохлаждения.
Нормализационный отжиг (нормализация). Нагрев производится на 50-60 0С выше точки Ас3 или Асm (см.рис.7.2), охлаждение на спокойном воздухе. Цели нормализации те же, что и полного отжига. Микрострук-тура нормализованной стали по сравнению с отожженной более мелкозернистая, строение перлита более дисперсное, количество его в доэвтектоидных сталях увеличено, т.к. распад аустенита происхо-дит при большем переохлаждении. Поэтому твердость и прочность нормализованной стали несколько выше, чем после отжига.
Нормализация более экономична и производительна по сравнению с отжигом и широко применяется в термических цехах для низкоуглеродистых низколегированных сталей. Для среднеугле-родистых сталей (0,3-0,5 %С) различие в свойствах нормализованной и отожженной стали более значительно; в этом случае нормализация не может заменить отжига.
Высокоуглеродистые и легированные стали при охлаждении на воздухе приобретают повышенную или высокую твердость, вследствие чего она подвергается только нагреву.
43
при обработке давлением, сварке, литье, обработке резанием, шлифовке и других технологических операциях.
Низкотемпературный отжиг (низкий отжиг, высокий отпуск) используется для снижения твердости, улучшения обрабатываемости резанием, способности к холодной высадке или волочению различных сортов проката, а также поковок и отливок (если не требуется измельчения зерна). Температура нагрева несколько ниже А1 (650-700 0С). Для высоколегированных сталей, у которых практически не отмечается перлитного превращения (18Х2Н4ВА, 34ХН3М и др.) низкотемпературный отжиг является единственным видом термообработки, позволяющим снизить их твердость.