Технология термической обработки стали

Все виды термической обработки можно разделить на четыре основные группы (по А. А. Бочвару). Первая труппа -термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, который в результате какой-то предшествующей обработки получил неустойчивое состояние, и приводящая его в более устойчивое состояние - отжиг I рода.

Вторая группа - нагрев выше температур фазового превращения и охлаждение с малой скоростью, приводит сплав к структурному равновесию - отжиг II рода. В отличие от отжига первой группы можно назвать его фазовой перекристаллизацией. Отжиг II рода применяют, если в сплавах при нагреве происходит фазовое превращение (аллотропическое превращение, растворение второй фазы и т. д.), тогда нагрев выше некоторой критической температуры вызывает изменение в строении сплава. При последующем охлаждении произойдет обратное превращение. Если охлаждение достаточно медленное, то превращение будет полное и фазовый состав будет соответствовать равновесному состоянию.

Третья группа. Если в сплаве при нагреве происходят фазовые изменения, то полнота обратного (при охлаждения) превращения зависит от скорости охлаждения. Теоретически можно себе представить такие условия охлаждения, при которых обратное превращение вовсе не произойдет, и при комнатной температуре в результате быстрого охлаждения зафиксируется состояние сплава, характерное для высоких температур. Такая операция называется закалкой. Во многих случаях закалка не фиксирует совсем (или фиксирует не полностью) состояние сплава, устойчивое при высоких температурах. Поэтому предельный случай закалки, когда состояние сплава, характерное для высоких температур, фиксируется, называется истинной закалкой, в отличие от закалки в более широком смысле, когда фиксируется не состояние сплава при высокой температуре, а некоторая его стадия структурного превращения (распад), при которой в сплаве не достигнуто еще равновесное состояние.

Четвертая группа. Состояние закаленного сплава характеризуется неустойчивостью. Даже без всякого температурного воздействия в сплаве могут происходить процессы, приближающие его к равновесному состоянию. Нагрев сплава, увеличивающий подвижность атомов, способствует этим превращениям. При повышении температуры закаленный сплав все больше приближается к равновесному состоянию. Такая обработка, т. е. нагрев закаленного сплава ниже температуры равновесных фазовых превращений, называется отпуском. Отпуск, если он происходит при комнатной температуре или при невысоком нагреве, называют старением. При отпуске, как и при отжиге первого рода, сплав приближается к структурному равновесию. В обоих случаях начальную стадию характеризует неустойчивое состояние, только для отжига первого рода оно было результатом предварительной обработки, при которой, однако, не было фазовых превращений, а для отпуска – предшествовавшей закалкой. Таким образом, отпуск – вторичная операция, осуществляемая всегда после закалки.

На рис. 60 показаны температурные интервалы разных видов термической обрабоки для сталей с разным содержанием углерода.

Рисунок 60 – Выбор температуры для разных видов термической обработки

Разновидностью отжига II рода является нормализация – нагрев доэвтектоидной стали до температуры, превышающей точку А_С3 на 40-50⁰С, заэвтектоидной стали – выше точки А_СТ на 40-50⁰С, непродолжительная выдержка при этой температуре для прогрева садки и завершения фазовых превращений и охлаждение на воздухе. Происходит полная фазовая перерекристаллизация стали, устраняется крупнозернистая структура после литья или прокатки, ковки, штамповки. Охлаждение на воздухе (можно считать его ускоренным) приводит к распаду аустенита при более низких температурах с образованием дисперсной ферритно-цементитной структуры.

Существуют специальные виды термической обработки, разработанные для определённых сталей. Например, патентирование – применяют для пружинной (канатной) проволоки, после изотермического отжига и полной аустенизации пропускают через расплавленную соль температурой 450-550⁰С; в результате распада аустенита образуется тонкопластинчатый троостит или сорбит, на такой структуре возможны большие обжатия без обрывов при холодном волочении и прочность σ_в =2000-2250 Мпа.

Кроме этих основных видов термической обработки, имеются еще два принципиально отличных способа, представляющих сочетание термической обработки с металлургией или механической технологией.

Химико-термическая обработка – нагрев сплава в соответствующих химических реагентах для изменения состава и структуры поверхностных слоев. Термомеханическая (термопластическая) обработка – деформация и последующая термическая обработка, сохраняющая в той или иной форме результаты наклепа.