Часть I Отжиг углеродистой стали
Отжиг заключается в нагреве сталей до температур полной или частичной аустенитизации и последующем охлаждении с очень малой скоростью (V1, см. рис. 2), при которой должен произойти распад аустенита на феритто-цементитную смесь. Учитывая то обстоятельство, что распад аустенита контролируется диффузией атомов углерода, охлаждение нужно производить медленно, с печью. Отжиг приводит сплав в устойчивое структурное состояние. В зависимости от состава стали (содержания углерода) производится выбор температур нагрева.
Рисунок 2. Диаграмма изотермического превращения углеродистой
эвтектоидной стали У8 (0,8 % С)
Назначение отжига. Отжиг применяют для измельчения зерна, снижения твердости и прочности, повышения пластичности и вязкости стали, улучшения ее обрабатываемости, снятия внутренних напряжений, а также для устранения структурной неоднородности и изменения физических свойств, для устранения пороков структуры, возникших после литья, горячей деформации, сварки и термообработки.
Выбор температур отжига. Отжиг с фазовой перекристаллизацией – заключается в нагреве доэвтектоидной стали выше АС3, заэвтектоидной стали выше АСm с последующим медленным охлаждением (рис. 3). Если нагреть сталь выше Ас1, но ниже Ас3 (Асm), то полной перекристаллизации не произойдет. Такая термическая обработка называется неполным отжигом. При отжиге состояние стали приближается к равновесному состоянию, т.е. структурой отжига является либо феррит и перлит (доэвтектоидные стали), перлит (эвтектоидная сталь), либо перлит и вторичный цементит (заэвтектоидные стали). Перлит имеет пластинчатое строение (рис. 4, а).
Отжиг доэвтектоидной стали. Наиболее часто доэвтектоидные стали подвергают полному отжигу. Нагрев доэвтектоидной стали при полном отжиге производится до температур, на 30 500 С выше критической точки Ас3 . При данных температурах формируется мелкое зерно аустенита («начальное зерно»). Охлаждение при отжиге проводят медленно (вместе с печью, V1). Скорость охлаждения в зависимости от состава стали выбирается в пределах от 50 до 2000 С/час. При таком замедленном охлаждении из аустенита формируется равномерная мелкозернистая феррито-перлитная структура.
Н
еобходимость
полного отжига для доэвтектоидной стали
диктуется требованием провести фазовую
перекристаллизацию всей структуры.
Рисунок. 3. Участок диаграммы железо – углерод и схема температур
нагрева при различных видах отжига и нормализации
Неполный отжиг доэвтектоидной стали проводят при нагреве до температур выше Ас1, но ниже Ас3. Этот отжиг для доэвтектоидных сталей применяют ограниченно. При температуре неполного отжига избыточный феррит не исчезает. Следовательно, неполный отжиг не может устранить некоторых пороков стали, которые связаны с нежелательными размерами и формой избыточного феррита.
Неполный отжиг доэвтектоидной стали используют для смягчения ее перед обработкой резанием, так как в результате эвтектоидного превращения при неполном отжиге образуется тонкопластинчатый перлит. Неполный смягчающий отжиг позволяет экономить время и снизить стоимость обработки.
а) б)
Рисунок 4. Микроструктура перлита: а – пластинчатого; б – зернистого
Отжиг заэвтектоидной стали.
Для заэвтектоидных сталей наиболее часто применяю неполный отжиг, который еще называют сфероидизацией, так как это – основной способ получения зернистого перлита. Он заключается в нагреве заэвтектоидной стали до температур не на много выше (на 10 – 300 С) критической точки Ас1, выдержке и последующим медленным охлаждением. После нагрева в интервал Ас1 – Ас3 в аустените остается большое число нерастворившихся включений цементита, которые служат центрами кристаллизации во время распада аустенита при охлаждении. В результате образуется структура зернистого перлита (рис. 4, б). Сталь со структурой зернистого перлита обладает меньшей твердостью и прочностью, а, соответственно, более высокой пластичностью, она легче обрабатывается резанием. Кроме того, зернистый перлит является оптимальной исходной структурой перед закалкой. Повышение температуры отжига до более высоких значений приводит при последующем охлаждении к образованию пластинчатого перлита и как следствие, к росту твердости. На зернистый перлит обрабатывают инструментальные и подшипниковые стали.
Полный отжиг для заэвтектоидных сталей с нагревом выше Асm (линия ES) вообще не используют, так как при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита по границам зерен, что ухудшает механические свойства стили.