8.3. Технология объемной термической обработки.

Основные операции, которым подвергают детали и заготовки из сталей – это отжиг, закалка и отпуск.

8.3.1. Отжиг и нормализация.

Целью отжига является разупрочнение металла (заготовок) для обеспечения хорошей обрабатываемости резанием и давлением; исправление дефектов структуры, образующихся при горячей пластической деформации, литье или сварке; устранение остаточных напряжений, возникающих в процессе получения заготовок этими методами. При отжиге может происходить перекристаллизация, благодаря чему достигается измельчение зерна.

В машиностроении отжигу подвергают литые, штампованные, кованые, сварные заготовки перед механической обработкой или холодной обработкой давлением. Отжиг может использоваться также если предшествующая обработка вызвала изменение структуры и свойств.

Полный отжиг, при котором происходит полная перекристаллизация (т.е. в структуре при нагреве не остается феррита) используют для доэвтектоидных сталей. Сталь нагревают до температуры Ас₃+30…50°С (более высокий нагрев вызывает рост зерна аустенита, что ухудшает свойства стали), при этом происходит полная перекристаллизация, выдерживают при этой температуре до окончания превращений и затем медленно, вместе с печью, отключенной от питания, охлаждают. При нагреве ферритно-перлитная структура превращается в аустенитную, а затем при медленном охлаждении происходит обратное превращение – аустенита в феррит и перлит. Структуры, полученные таким образом, являются равновесными, они описываются диаграммой «железо — цементит».

Неполный отжиг заключается в нагреве выше Ас₁ и медленном охлаждении. При этом в доэвтектоидных сталях происходит лишь частичная перекристаллизация – полиморфное превращение претерпевает только феррит, находящийся в составе перлита. Неполному отжигу подвергают доэвтектоидные стали в том случае, если предварительная горячая механическая обработка не привела к образованию крупного зерна (иначе необходим полный отжиг).

Неполному отжигу подвергают заэвтектоидные стали. Он должен обеспечить получение зернистого перлита с округлыми, а не пластинчатыми частицами цементита. Стали со структурой зернистого, а не пластинчатого перлита имеют ряд преимуществ, они менее склонны к перегреву, образованию трещин и деформации при закалке, а также лучше обрабатываются резанием.

Нормализаця - это нагрев доэвтектоидной стали выше Ас₃, а заэвтектоидной выше Ас_m на 50… 60°С, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение на воздухе. При нормализации происходит перекристаллизация стали, устраняющая крупнозернистую структуру, полученную при литье или ковке. В результате охлаждения на воздухе распад аустенита на ферритно-цементитную смесь происходит при более низких температурах, чем при отжиге, а следовательно, повышается дисперсность смеси, полученная структура — сорбит.

Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Низкоуглеродистые стали подвергают нормализации вместо отжига. При этом уменьшается загруженность оборудования – охлаждение выполняют не в печи, а на воздухе. Твердость при этом выше, чем при отжиге, но для низкоуглеродистых сталей ее значения достаточно низкие. Это практически не снижает производительности обработки, но улучшается качество поверхности при резании.

Для среднеуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо закалки и высокого отпуска. Механические свойства при этом несколько ниже, но уменьшается деформация. Кроме того, повышается производительность операций термической обработки – одна операция вместо двух.

Высокоуглеродистые (заэвтектоидные) стали подвергают нормализации с целью устранения цементитной сетки (цементит по границам перлитных зарен). Структура с цементитной сеткой недопустима, такая сталь обладает повышенной хрупкостью, т.к. по границам зерен располагается хрупкая фаза – цементит.