Виды отжига

Отжиг и нормализация стали

Отжиг - это нагрев стали до определенной температуры, выдержка при этой температуре и замедленное охлаждение с печью, а за тем на воздухе.

При медленном охлаждении в сталях происходит перлитное превращение в результате у доэвтектоидных сталей образуется структура Ф+П, эвтэктоидной - П, заэвтектоидных - П+Ц вторичный.

Назначение отжига: устранение ликваций, перекристаллизация (измельчение зерна), снятие внутренних напряжений, снижение твердости и повышение пластичности, улучшение обрабатываемости резанием.

1. Отжиг 1 рода предназначен для выравнивания физической или химической неоднородности. Целью этого отжига не является фазовая перекристаллизация, поэтому он может проводится как выше, так и ниже критических точек.

а) Гомогенизация (диффузионный отжиг) - это нагрев стали до температуры 1100-1200^оС, выдержка 15-20 часов, охлаждение с печью до 800-820^оС и з тем охлаждение на воздухе. Диффузионному отжигу подвергают слитки легированной стали с целью устранения ликваций, повышения пластичности и вязкости.

Для быстрорежущих, подшипниковых и других высокоуглеродистых легированных сталей с целью повышения пластичности проводят трехступенчатую гомогенизацию - первая выдержка 2 часа при 1120-1200^оС, вторая - 1160-1240^оС, третья - 1150-1200^оС. В результате получается крупнозернистая равновесная структура: у доэвтектоидных сталей - Ф+П, эвтэктоидной - П, заэвтектоидных - П+Ц_II.

б)Рекристаллизационный отжиг - это нагрев холоднодеформированной стали выше температуры начала рекристаллизации (680-740^оС), выдержка в течении 0,5-1,5 часов и замедленное охлаждение с печью до 600-650^оС, а затем на воздухе. Рекристаллизационный отжиг предназначен для снятия наклепа и повышения пластичности, т.к. происходит образование и рост новых равноосных зерен вместо деформированных.

в)Отжиг для снятия остаточных напряжений проводится при температуре 200-700^оС в течени 2-3 часов с последующим замедленным охлаждением. Он устраняет остаточные напряжения в отливках, сварных деталях, после резания, правки и др.

2. Отжиг 2 рода заключается в нагреве для получения мелкозернистой равновесной структуры. В большинстве случаев отжиг является подготовительной термической обработкой снижающей твердость и повышающий пластичность, отжигу подвергают: отливки, прокат. Для крупных отливок он является окончательной термообработкой.

а) Полный отжиг - это нагрев доэвтектоидной стали на 30-50^оС выше точки Ас₃, выдержка при этой температуре, охлаждение с печью до температуры 550-650^оС, а затем на воздухе. При нагреве образуется мелкозернистый аустенит, который затем превращается в перлит. В результате у доэвтектоидных сталей образуется мелкозернистая феррито-перлитная структура, у эвтэктоидной - перлитная, а у заэвтектоидной – (перлит + цеменит вторичный). Полному отжигу чаще всего подвергаются крупные садки сортового проката, листового, крупные отливки.

б) Изотермический отжиг - это нагрев стали как для полного отжига, быстрое охлаждение до температуры 660-680^оС (обычно переносом металла в менее нагретую печь), выдержка при этой температуре до полного распада аустенита и охлаждение на воздухе. Как и полный отжиг, изотермический, приводит к снижению твердости, повышению пластичности и улучшению обрабатываемости резанием. Изотермический отжиг применяется для мелких деталей и имеет меньшую продолжительность процесса, чем полный отжиг.

в) Неполный отжиг - это нагрев сталей на 10-30^оС выше точки Ас₁, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение, для улучшения обрабатываемости резанием.

Чаще всего неполный отжиг применяется для заэвтэктоидных сталей и называется сфероидизацией, т.к. приводит к образованию зернистого перлита. Т.к. нагрев при неполном отжиге происходит немного выше Ас₁, то не весь цементит успевает раствориться в аустените. При последующем медленном охлаждении этот нерастворившейся цементит выполняет роль центров кристаллизации, в результате чего цементит приобретает зернистую форму. Если в стали присутствует цементитная сетка, то перед неполным отжигом необходимо провести нормализацию. Эвтектоидные стали нагревают до температуры 750-760^оС, заэвтектоидные углеродистые - 770-790^оС, заэвтектоидные легированные до 770-820^оС.

Нормализация - это вид отжига, который заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30-50^оС выше Ас₃, а заэвтектоидной стали - выше Асm, непродолжительной выдержке для завершения превращений и охлаждении на воздухе.

Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую структуру, полученную на предыдущих стадиях обработки металла. Нормализацию широко применяют для улучшения свойств стальных отливок вместо закалки и отпуска. Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах и получению структуры сорбита и троостита. Это повышает твердость и прочность нормализированной средне- и высокоуглеродистой стали по сравнению с отожжённой. В результате нормализацииу доэвтектоидных сталей образуется мелкозернистая феррито-сорбитная или феррито-трооститная структура, у эвтектоидной - сорбит или троостит и заэвтектоидной – сорбит или троостит с разрозненными включениями вторичного цементита.

Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. Повышая твердость, нормализация обеспечивает большую производительность при обработке резанием и получение более чистой поверхности. Для отливок из среднеуглеродистой стали нормализацию с высоким отпуском применяют вместо закалки и высокого отпуска. В этом случае механические свойства несколько ниже, но детали подвергаются меньшей деформации при нормализации, чем при закалке, что практически исключает вероятность появления трещин. Нормализацию с высоким отпуском (600-650^оС) часто используется для исправления структуры легированных сталей вместо полного отжига, т.к. производительность при этом выше.

Для заэвтектоидных сталях нормализацию применяют с целью устранения цементитной сетки по краям зерен. При нагреве выше точки Асm вторичный цементит полностью растворяется в аустените. При последующем охлаждении на воздухе (ускоренном) цементитная сетка не успевает сформироваться, образуется разрозненные включения вторичного цементита.

Закалка стали

Закалка - это нагрев доэвтектоидной стали на 30-50°С выше Ас₃, а заэвтектоидной выше Ас₁, выдержка при этой температуре и ускоренное охлаждение в жидкостях (в воде, в водных растворах солей или щелочей, масле) с целью максимального повышения твёрдости и прочности.

В результате закалки у доэтектоидных и эвтектоидных сталей образуется структура мартенсит, а у заэвтектоидных мартенсит + цементит вторичный. Так как углеродистые стали обладают низкой устойчивостью аустенита, то для получения мартенсита необходимы высокие скорости охлаждения, что обеспечивается водой или водными растворами солей и щелочей. Для легированных сталей применяют минеральные масла.

Вода в качестве охлаждающей среды имеет недостатки:

- высокая скорость охлаждения может привести к образованию закалочных трещин, а так же вода быстро нагревается и теряет охлаждающую способность. Наиболее высокой и равномерной способностью обладают водные растворы NaCl и NaOH. Масло обеспечивает невысокую скорость охлаждения, что предотвращает образование закалочных трещин. Однако, оно склонно к воспламенению при температуре 165-300°С и имеет повышенную стоимость.