Термообработкой (ТО) называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения их внутренней структуры. Термообработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости материала давлением или резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств готовому изделию.
Поскольку основными параметрами термообработки являются температура и время, то любой режим термообработки может быть представлен графиком зависимости температуры от времени.
| ||||
| ||||
Рис. 7.1. Режим термообработки материала
Здесь Tнагр – температура до которой нагревают материал, а tвыд – время его выдержки при данной температуре. Углы наклона a и b отражают, соответственно, скорость нагрева и скорость охлаждения материала. Чем больше их значение (т.е. чем круче соответствующая линия), тем выше скорость нагрева или охлаждения материала.
|
|
После термообработки структура материала может быть равновесной (стабильной), либо неравновесной (метастабильной).
Термообработка сталей включает следующие основные операции: отжиг, нормализацию, закалку, отпуск и старение.
Отжиг заключается в нагреве сталей до определённых температур с последующим медленным их охлаждением вместе с печью. В процессе отжига структура сталей приходит к равновесному состоянию.
Если после нагрева охлаждение производится не вместе с печью, а на воздухе, то такую операцию называют нормализацией.
Закалка это термическая операция, состоящая в нагреве сталей до температур выше температур фазовых превращений с последующим быстрым охлаждением со скоростью выше критической. В процессе закалки структура сталей приходит к неравновесному состоянию.
Отпуск состоит в нагреве закалённых сталей до температур ниже температур фазовых превращений. При отпуске метастабильная структура закалённых сталей приходит к более равновесному состоянию.
Самопроизвольный отпуск сталей с течением времени без нагрева или при незначительном нагреве называют старением.
В основе термообработки сталей лежат следующие структурно-фазовые превращения:
1. Превращение перлита в аустенит при нагреве стали: (Feα + Fe3C → Feγ(C) или П = Ф + Ц → А).
2. Превращение аустенита в феррито-цементитную смесь при медленном охлаждении стали: (Feγ(C) → Feα + Fe3C или А → Ф + Ц).
3. Превращение аустенита в мартенсит при быстром охлаждении стали (мартенсит это перенасыщенный твёрдый раствор углерода в a-железе): (Feγ(C) → Feα(C) или А → М).
4. Превращение мартенсита в феррито-цементитную смесь при отпуске закалённой стали: (Feα(C) → Fe + Fe3C или М → Ф + Ц)