1.2.Отжиг стали.

Отжиг является распространенной операцией терми­ческой обработки сталей и чугунов. На рис. 15а приведены тем­пературы различных видов отжига для углеродистых сталей. В зависимости от назначения режимы отжига могут быть различны.

Рекристаллизационный и смягчающий отжиг применяется для устранения наклепа после холодной пластической деформации (обработки давлением). Для восстановления пластичности, необ­ходимой для дальнейшей обработки давлением (например, про­межуточные отжиги при волочении проволоки).

При отжиге, преследующем цель повышения деформируемо­сти (например, листовой стали в автомобилестроении), прово­дят отжиг при 650... 670°С после деформации около 20%. Такой отжиг обеспечивает при дальнейшей холодной вытяжке хорошую пластичность и гладкую поверхность. Не следует про­водить отжиг при температурах, близких к критическим, вызы­вающих рост зерна. При дальнейшей деформации такой мате­риал дает очень негладкую поверхность.

Степень предварительной деформации и режим рекристаллизационного отжига являются способом регулирования величины зерна. Этим особенно пользуются для таких сплавов, которые не имеют фазовых превращений в твердом состоянии (напри­мер, ферритные и аустенитные стали²).

Следует отметить, что для сталей, работающих при обычных условиях, наилучшим является мелкое зерно. Для повышения жаропрочности предпочтительными являются стали с крупным зерном. При отжиге электротехнической листовой стали также доби­ваются получения крупнокристаллической структуры, улучшаю­щей магнитные характеристики стали.

Для снятия внутренних напряжений в отливках, в сваренных деталях проводится от­жиг при температуре 650-700°С. Для устранения термических напряжений охлаждение до температуры 400-300°С должна быть медленное.

Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг применяется для устранения дендритной ликвации в слитках и отливках (особен­но из легированных сталей). Для этой цели проводится нагрев при 1100-1150° С с длительной (12-15 часов) выдержкой и последующим медленным охлаждением. При этом образуется крупнозернистая видманштеттовая структура, имеющая харак­терное игольчатое строение феррита. Для исправления структуры отливки после диффузионного отжига подвергают полному фазовому отжигу, после чего на­блюдается нормальная структура. У сталей, склонных к ликвации, диффузионный отжиг улуч­шает вязкость и пластичность в прокатанной или кованой стали в направлении поперек волокна.

Отжиг с фазовой перекристаллизацией. Такой отжиг приме­няется для получения равновесной ненапряженной структуры стали. Он может быть полным или неполным. Полный отжиг применяется для исправления структуры литой или кованой стали, если последняя крупнозернистая.

Полный отжиг заключается в нагреве стали выше А_С3 на З0-50°С, (рис. 15 а), выдержке при этой температуре до пол­ной перекристаллизации с последующим медленным охлажде­нием. Скорость охлаждения углеродистой стали 150-200°С/час; легированной стали — 30-100°С/час.

Полный отжиг повышает прочность, пластичность и вязкость литой стали. Прочность горячекатанной стали после отжига не­сколько понижается. Полный отжиг используется также для исправления строчеч­ной структуры, рис. 17, а, образующейся в малоуглеродистой стали при слишком низкой температуре (между точками А₁ и А₃) окончания горячей обработки давлением. Нагрев выше А_С3 и последующее несколько ускоренное охлаждение устраняет или в значительной степени подавляет образование полосчатости, рис. 17, б.

а) б)

Рис.17 Структура малоуглеродистой стали: а- строчечная после прокатки; б- после отжига.

Такой отжиг также применяется для улучшения обрабаты­ваемости резанием доэвтектоидных сталей. Оптимальная струк­тура этих сталей для механической обработки — тонкопластин­чатый перлит с сеткой феррита (обеспечивается хорошее каче­ство поверхности и стойкость инструмента).

Неполный отжиг заключается в нагреве стали выше темпера­туры А_С1 но ниже А_С3, выдержке и последующем медленном охлаждении. Такой отжиг для доэвтектоидных сталей приме­няется после правильно выполненной горячей обработки давле­нием, когда не требуется исправление всей структуры заготовки. При этом отжиге фазовое превращение испытывает только пер­литная структурная составляющая стали. Одновременно дости­гается снятие внутренних напряжений. Так как температуры не­полного отжига ниже, чем полного, то неполный отжиг более экономичен.

Неполный отжиг применяется также для получения зернис­того перлита в структуре заэвтектоидных инструментальных ста­лей. Это необходимо для улучшения их обрабатываемости ре­занием. Кроме этого в стали с исходной структурой зернистого перлита при закалке обеспечивается повышенная вязкость.

При таком сфероидизирующем отжиге сталь нагревают не­много выше точки A_С1 выдерживают при этой температуре, медленно охлаждают до температуры 620... 680 °С, а затем на воздухе. Для ускорения сфероидизации иногда проводят маят­никовый отжиг с периодическим колебанием температуры около точки А₁. В структуре заэвтектоидной стали недопустимо образование сет­ки избыточного цементита. При наличии в структуре стали цементитной сетки, перед отжигом производится нормализация стали.

Изотермический отжиг заключается в нагреве стали выше температуры А_С3 или A_С1 выдержке при этой температуре до полного завершения фазовых превращений и перенесения изде­лий в соляную ванну или в печь с температурой, лежащей на 120...180°С ниже температуры A_г1 где осуществляется вы­держка до полного распада аустенита. Этот вид отжига эко­номичней обычного и обеспечивает получение более стабильных результатов, так как контролировать температуру легче, чем скорость охлаждения. Образование однородной феррито-цементитной смеси происходит при постоянной температуре по всему сечению изделия. Поэтому изотермический отжиг часто приме­няется особенно для легированных сталей.