Особенности термической обработки стали

Характерной особенностью многих металлов является аллотропия (вторичная кристаллизация) или полиморфизм – способность изменять свою кристаллическую структуру в твердом состоянии при различной температуре. Изменение типа кристаллической решетки вызывает соответствующие изменения физико-механических свойств.

Целью термической обработки стали является изменение ее структуры и свойств. При термической обработке значительно изменяются свойства стали, причём значительное значение имеет изменение механических свойств.

Основные виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг – термическая обработка стали, получившая неустойчивое состояние в предыдущей обработке, путем нагревания и медленного охлаждения вместе с печью, что приводит ее в более устойчивое состояние. При это образуется аустенит, который при охлаждении распадается образовывая перлитовые структуры. Отжиг проводят для устранения дефектов ее предыдущей горячей обработки или для подготовки ее к следующим операциям (закалке, обработке резанием и т.д.). Различают отжиг 1-го и 2-го рода (изучить самостоятельно).

Нормализация – термическая обработка стали, путём нагревания её при более высокой температуре (на 50^оС) и дальнейшем охлаждении на воздухе. При быстром охлаждении на воздухе аустенит распадается при более низких температурах, чем при медленном охлаждении при отжиге, что приводит к образованию более дисперсной ферритно-цементитной структуры и на 10…15% повышает прочность и твёрдость среднеуглеродистой и высокоуглеродистой стали по сравнению с отжигом.

Закалка стали. При закалке стали термическая обработка выполняется путем нагревания ее при более высоких температуре (30…50^оС) и с большей скоростью охлаждения, точнее переохлаждения до низких температур, когда невозможны диффузивные процессы. Углеродистые стали чаще охлаждают в воде, а легированные в минеральном масле или других средах. В результате закалки повышается твёрдость стали.

Существуют три способа закалки: непрерывная, прерывистая и ступенчатая.

Непрерывная – с полным охлаждением в одном охладителе. Ее применяют для простых изделий из углеродистых и легированных сталей.

Прерывистая – закалка в двух средах: изделие быстро охлаждают в воде до температуры несколько выше температуры начала мартенситного превращения, быстро переносят в среду с меньшей скорости охлаждения (минеральное масло, воздух и т. д.), в которой они охлаждаются до температуры 20 ^оС. Этим способом закаляют инструменты из высокоуглеродистых сталей.

Ступенчатая – сталь охлаждают в среде расплавленных солей, а так же расплавленных щелочей. недолго выдерживают в них и затем окончательно охлаждают на воздухе до комнатной температуры. Охлаждение в две ступени уменьшает внутреннее напряжение и поэтому уменьшает закалочную деформацию.

Отпуск – температурная обработка, состоящая из нагревания закаленной стали ниже температуры равновесного фазового превращения, выдержки при этой температуре и их охлаждения на воздухе или в воде с целью получения более устойчивого состояния структуры стали.

Различают: низко-, средне- и высокотемпературные отпуски.

Низкотемпературные отпуски – при температуре 250 ^оС.

Среднетемпературные отпуски – при температуре 350…500^оС.

Высокотемпературные отпуски – при температуре 500…680 ^оС.