Основные виды термической обработки стали

Изменяя режим охлаждения нагретой до аустенитного состояния стали, можно в широком диапазоне изменять ее дислокационно-фазовое строение и, таким образом, получать различные комплексы механических и других свойств. На этом, собственно, и основаны такие наиболее часто применяемые виды термообработки, такие как отжиг, нормализация и закалка. Важным видом термообработки, выполняемым после закалки, является отпуск.

Отжиг. Понятие «отжиг» охватывает несколько отличающихся друг от друга по режиму операций термообработки, объединенных единой целью – привести сталь в термодинамическое равновесноесостояние с минимальной плотностью дислокаций (10⁶ –10⁷ см ^-2), по возможности низкой твердостью и высокой пластичностью.

Наиболее распространенной разновидностью отжига является обыкновенный отжиг.

Обыкновенный отжиг производится с целью умягчить сталь перед механической обработкой и подготовить ее структуру к окончательной обработке, состоящей из закалки и отпуска.

Этому отжигу подвергаются имеющие неблагоприятную грубозернистую структуру литые заготовки, а также заготовки, прошедшие ковку, штамповку и другие виды обработки давлением, также нуждающиеся в исправлении структуры.

В ряде случаев, когда получающиеся после отжига свойства обеспечивают долголетнюю службу детали, он оказывается окончательным видом термообработки.

При обыкновенном отжиге сталь нагревается до температуры на 30-50^о С выше линии GSK (рисунок 5.3), выдерживается при этой температуре до полного завершения структурно-фазовых превращений и охлаждается с очень малой скоростью (менее 100 ^о/ч) в печи с отключенными источниками теплоты.

Диффузионный отжиг, или гомогенизация, является разновидностью отжига, применяемого с целью устранения в легированной стали (как и в других сплавах) дендритной ликвации.

При диффузионном отжиге с целью интесификации диффузионных процессов сталь нагревается до 1000-1100 ^оС и подвергается длительной выдержке (18-24часов). Для устранения крупнозернистости после гомогенизации производится обыкновенный отжиг, или нормализация.

Рекристаллизационный отжиг. производится с целью устранения наклепа холоднодеформированного металла. Наклепанный металл очень тверд и хрупок, его кристаллическая решетка вследствие высокой плотности дислокаций и наличия большого числа других дефектов (вакансий, перемещенных в междоузлия атомов), а также из-за искажений и больших внутренних напряжений находится в неравновесном состоянии, обладая большим запасом избыточной свободной энергии.

В сильно наклепанном металле из-за слияния дислокаций в местах их скопления наблюдаются опасные дефекты – зародыши трещин.

Следовательно, в ряде случаев наклеп приходится устранять. Для этого требуется нагрев, стимулирующий диффузные процессы. Наклеп можно устранить, применяя уже рассмотренный обыкновенный отжиг. Однако рекристализационный отжиг из-за значительно более низкой температуры и намного меньшей продолжительности его проведения при практически одинаковых результатах более предпочтителен.

Температура нагрева при этом виде отжига выбирается на 150-250 ^оС выше температуры рекристаллизации обрабатываемого сплава. Это наименьшая температура, необходимая для протекания в наклепанном металле процессов, возвращающих ему исходные (до деформации) значения характеристик механических и других свойств.

Температура рекристализации зависит от состава сплава и связана с температурой его плавления уравнением Т _р= Т _пл (где Т _пл выражена в К; -коэффициент, зависящий от природы сплава). Для углеродистых сталей и не сложных по составу сплавов он составляет 0,4, а у легированных сталей и сложных сплавов твердых растворов достигает 0,6-0,8.

Рекристализационных отжиг углеродистой стали производится при температуре нагрева в пределах 600-700 ^оС.

Во время нагрева и выдержки в холоднодеформированном металле происходят рекристализационные процессы, суть которых сводится к таким, следующим друг за другом явлениям как:

аннигиляция (самоликвидация) противоположных по знаку дислокаций;

выстраивание дислокационных стенок (из леса дислокаций);

зарождение и рост новых равновесных зерен (но только при температуре выше температуры рекристализации).

Заметное укрупнение рекристаллизационных зерен за счет поглощения более крупными зернами соседних мелких (собирательная рекристализация) происходит по окончании процесса формирования новых зерен из материала разрушенных старых. Для этого требуются продолжительные выдержки при повышенных температурах.

Рекристаллизованный металл имеет низкие прочностные характеристики и высокую пластичность.

Наклеп необходимо устранять после холодной обработки металла давлением, производимой при температуре ниже температуры рекристаллизации (ковка, штамповка, тонколистовая прокатка).