2. Классификация видов термической обработки стали

Современная классификация видов термообработки, опреде­ляемая типом фазовых и структурных изменений в металле охватывает все много­численные разновидности термической обработки черных и цвет­ных металлов и сплавов.

Виды термической обработки подразделяются на три группы: собственно термическую, термомеханическую и химико-термичес­кую. Собственно термическая обработка (ТО) предусматривает только термическое воздействие на металл или сплав; термомеханическая (ТМО) - сочетание термического воздействия и пла­стической деформации; химико-термическая (ХТО) - сочетание термического и химического воздействия.

Собственно термическая обработка включает отжиг I рода, отжиг II рода, закалку без полиморфного превращения, закалку с полиморфным превращением, отпуск и старение. Эти виды тер­мической обработки применяются и к сталям, и к цветным ме­таллам, и к сплавам.

Термомеханическая обработка подразделяется на ТМО старею­щих сплавов и ТМО сталей, закаливаемых на мартенсит. Термомеханическая обработка стареющих сплавов включает следующие разновидности: низкотемпературную термомеха-ническую обработ­ку (НТМО); высокотемпературную термо-механическую обработку ВТМО); предварительную термо-механическую обработку (ПТМО) и комбинацию ВТМО и НТМО - высоконизкотемпературную тер­момеханическую обработку (ВНТМО). Термомеханическая обра­ботка сталей, закаливаемых на мартенсит, включает следующие разновидности: низкотемпературную термомеханическую обработ­ку (НТМО); высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО); высокотемпературную термомеханическую изотермиче­скую обработку (ВТМИзО); термомеханическую обработку с де­формацией во время перлитного превращения (ТМИзО) и предва­рительную термомеханическую обработку (ПТМО).

Виды химико-термической обработки подразделяются на три следующие подгруппы: диффузионное насыщение неметаллами, диффузионное насыщение металлами и диффузионное удаление элементов.

Диффузионное насыщение неметаллами включает следующие основные разновидности: цементацию, азоти-рование, цианирование (нитроцементацию), борирование и оксидирование. Диффузионное насыщение металлами включает: алитирование, хромирование, силицирование, насыщение другими металлами. Диффузионное уда­ление элементов - это обезводороживание и обезуглероживание.

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, находящегося в результате каких-либо предшествующих воздей­ствий в неравновесном состоянии, и приводящая его в более близ­кое к равновесному состояние, называется отжигом. Охлаждение после отжига производится вместе с печью.

Нагрев при отжиге может производиться ниже и выше темпе­ратур фазовых превращений в зависимости от целей отжига.

Отжиг, при котором нагрев и выдержка металла производятся с целью приведения его в однородное (равновесное) состояние за счет уменьшения (устранения) химической неоднородности, снятия внутренних напряжений и рекристаллизации, называется отжи­гом первого рода. Его проведение не связано с прохождением фа­зовых превращений. Он возможен для любых металлов и сплавов.

В зависимости от того, какие отклонения от равновесного со­стояния устраняются, существуют следующие разновидности от­жига I рода: гомогенизационный, рекристаллизационный и умень­шающий напряжения отжиг.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг - это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение последствий дендритной ликвации (химической неоднородности).

Рекристаллизационный отжиг - это термическая обработка деформированного металла, при которой главным процессом яв­ляется рекристаллизация металла.

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла выше температур фазовых превращений с последующим быстрымохлаждением для получения структурно неравновесного со­стояния, называетсязакалкой с полиморфным превращением.

Этот вид закалки характе­рен для сплавов железа с угле­родом (стали). После закалки в стали бразуется структура пересыщенного твердого раствора уг­лерода в α - железе, которая называется мартенситом.

Состояние закаленного сплава характеризуется особой неус­тойчивостью. Процессы, приближающие его к равновесному со­стоянию, могут идти даже при комнатной температуре и резко ускоряются при нагреве.

Термическая обработка, представляющая собой нагрев зака­ленного сплава ниже температур фазовых превращений (ниже Ас₁) для приближения его структуры к более устойчивому состоянию, называется отпуском. Отпуск является операцией, проводимой после закалки стали (закалки с полиморфным превращением).

Между отпуском и отжигом I рода много общего. Разница в том, что отпуск - всегда вторичная операция после закалки.

Самопроизвольный отпуск, происходящий после закалки без полиморфного превращения в результате длительной выдержки при комнатной температуре, или отпуск при сравнительно не­большом подогреве называется старением.

При рассмотрении разных видов термообработки железоугле­родистых сплавов (стали, чугуны) используются следующие ус­ловные обозначения критических точек этих сплавов (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Обозначение критических точек стали

Критические точки А₁ лежат на линии PSK (727°С). Критиче­ские точки А₂ находятся на линии МО (768°С). Критические точ­ки А₃ лежат на линии GS, а критические точки А_ст - на линии SE.

Вследствие теплового гистерезиса превращения при нагреве и охлаждении проходят при разных температурах. Поэтому для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении используются дополнительные индексы: буквы "с" в случае нагрева и "r" в случае охлаждения. Например, Ас₁, Ас₃, Аr₁, Аr₃.