7.2.Отжиг второго рода
Отжигом второго рода называется нагрев сплава выше температуры фазовых превращений с последующим медленным охлаждением для получения состояния, близкого к равновесному.
Для стали нагрев производится выше критических точек Ас3, Ас1, Асm (рис.7.1). Он сопровождается фазовой перекрис-таллизацией, чем и отличается от отжига первого рода. Вследствие этого при правильно выполненном режиме происходит измельчение зерна и повышение механических свойств стали по сравнению с исходным состоянием.
Рисунок 7.1 – Температура нагре- Рисунок 7.2 – Схема охлаж-
ва для различных видов отжига дения при отжиге 1 и нор-
мализации 2 стали
44
Охлаждение производится вместе с печью (отжиг) или на воздухе (нормализационный отжиг). Благодаря медленному охлаждению (рис.7.2) состояние стали после термообработки приближается к равновесному. В доэвтектоидной стали структура состоит из феррита и перлита, в эвтектоидной – из перлита, в заэвтектоидной – из перлита и вторичного цементита. Сталь отличается высокой пластичностью, низкой прочностью и твердостью, хорошо обрабатывается резанием, свободна от остаточных напряжений.
Отжиг второго рода является операцией предварительной термической обработки, то есть выполняется до обработки изделия резанием. Соответственно на машиностроительных заводах отжигу и нормализации подвергают различные заготовки: отливки, поковки, штампованные изделия, а на металлургических – листы, трубы, различные виды сортового проката, если их свойства в состоянии прокатки не отвечают требованиям стандартов.
Если полученные в металле свойства соответствуют условиям службы готового изделия, отжиг и нормализация являются одновременно операциями окончательной термообработки.
7.3. Виды отжига второго рода
В зависимости от марки стали и предъявляемых к изделию требований применяют различные виды отжига.
Полным отжигом называется нагрев доэвтектоидной стали на 30-50 0С выше точки Ас3, выдержка для сквозного прогрева и завершения фазовых превращений и охлаждение вместе с печью. При этом виде отжига происходит полная фазовая перекристаллизация.
Цель полного отжига:
- измельчение зерна и повышение механических свойств по сравнению с полученными после литья, ковки, прокатки;
- снятие остаточных внутренних напряжений, которые могут привести к короблению изделий и появлению трещин;
- снижение твердости и улучшение обрабатываемости металла резанием.
Скорость нагрева при отжиге обычно 100 0C/ч, длительность выдержки 0,5-1ч на 1т стали. Медленное охлаждение должно обеспечить распад аустенита при малых степенях переохлаждения (рис.7.2), чтобы не получить повышенной твердости. Поэтому углеродистые стали охлаждают со скоростью 100-1500C /ч, а легированные, отличающиеся повышенной
45
устойчивостью переохлажденного аустенита, - со скоростью 10-50оC /ч.
Неполный отжиг – это нагрев доэвтектоидной стали выше Ас1, но ниже Ас3, вследствие чего фазовая перекристаллизация происходит только частично. После неполного отжига на фоне мелкозернистой феррито-перлитной структуры наблюдаются остатки грубой ферритной сетки или крупных зерен феррита, не растворившихся при нагреве. Вследствие этого механические свойства стали оказываются пониженными.
Этот вид отжига применяют иногда для улучшения обрабатываемости металла резанием, а также для снятия напряжений, так как он более экономичен по сравнению с полным отжигом. В остальных случаях неполный отжиг является браком.
Сфероидизирующим отжигом (отжигом на зернистый перлит) называется нагрев стали на 10-30 0С выше точки Ас1 с последующим медленным 20-50 0С/ч охлаждением до 6500C. Часто применяется изотермический режим охлаждения, требующий меньше времени: охлаждение со скоростью 20-50 0С/ч до 620-680 0С, выдержка при этой температуре 1-3 часа, далее – охлаждение на воздухе.
При указанных температурах нагрева в аустените сохраняется большое количество нерастворившихся частиц цементита, которые служат центрами кристаллизации во время распада аустенита на феррито-цементитную смесь. Медленное охлаждение должно обеспечить сфероидизацию и коагуляцию образующегося цементита (в легированных сталях – карбидов). В результате получается структура зернистого перлита.
Сфероидизирующему отжигу подвергаются углеродистые и легированные инструментальные и шарикоподшипниковые стали для снижения твердости, улучшения обрабатываемости резанием, снятие внутренних напряжений. Кроме того, зернистый перлит является оптимальной исходной структурой перед закалкой - выше однородность,
меньше склонность аустенита к росту зерна, меньше деформация изделий и опасность появления трещин, выше прочность и вязкость в закаленном состоянии.
Этому виду отжига подвергают также листы и прутки из низко- и среднеуглеродистых сталей перед холодной штамповкой или волочением для повышения пластичности.
Изотермический отжиг – это нагрев на 30-50 оС выше точки Ас3, для доэвтектоидной или точки Ас1 для заэвтектоидной стали, ускоренное охлаждение до температуры 600-650 0С, выдержка до полного распада аустенита и охлаждение на воздухе (рис. 7.3).