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 А_С3, заэвтектоидной стали выше А_Сm с последующим медленным охлаждением (рис. 3). Если нагреть сталь выше Ас₁, но ниже Ас₃ (Ас_m), 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.

Необходимость 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 Ас_1, 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