Выбор и технико-экономическое обоснование технологического процесса термической обработки

Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических сплавов, находящихся в твердом состоянии, с целью изменения их структуры и создания у них необходимых свойств - прочности, твердости, износостойкости, обрабатываемости, а также предварительной термической обработки, которой подвергают углеродистые изменения у них напряженного состояния. Наиболее распространенной операцией стали, является нормализация или улучшение.

Закалка стали - это операция, заключающаяся в нагреве стали до температур, исключающих сохранение α-феррита и обеспечивающих получение аустенитной структуры сплавов, которая при быстром охлаждении превращается в мартенсит. Это означает, что доэвтектоидные стали должны нагреваться на 30-50 ⁰С выше линии GS, а эвтектоидные и заэвтектоидные- на 30-50 ⁰С выше линии SK.

При выборе условий закалки стараются обеспечить возможно более полное получение мартенситной структуры. Излишний нагрев заэвтектоидных сталей выше А₁ нецелесообразен, поскольку твердость получающейся структуры снижается, а деформация возрастает. Следует отметить, что при нагреве под закалку заэвтектоидных сталей необходимо обеспечить получение зернистой структуры цементита. Поэтому перед закалкой сталь подвергают нормализации и сфероидизирующему отжигу, так как наличие цементной сетки вокруг зерен аустенита и пластинчатая форма частиц цементита приводят к резкому повышению хрупкости стали. В зависимости от времени отжига степень сфероидизации цементита будет различной. Значительное укрупнение зерен нецелесообразно, так как это приводит к снижению прочности стали после закалки.

При закалке сталей возникают напряжения первого рода, уравновешивающиеся в макроскопических участках изделия. Они возникают из-за наложения объемных изменений, обусловленных термическими воздействиями и фазовыми превращениями.

Из-за отвода тепла с поверхности изделия сначала возникают растягивающие напряжения в поверхностных слоях образца, так как внутренние слои остаются пока более нагретым и препятствуют термическому сжатию поверхностных слоев.

После достижения растянутыми поверхностными слоями температуры мартенситного превращения они увеличивают свой объем и, следовательно, создают сжимающие усилия.

В результате появления напряжений первого рода при закалке крупных деталей могут возникать трещины. Образованию трещин в большой степени способствуют именно растягивающие напряжения на поверхности. Поскольку они возрастают при повышении исходной температуры, необходимо по возможности снижать температуру нагрева стали под закалку, а также целесообразно уменьшать скорость охлаждения деталей в интервале температур протекания мартенситного превращения.

Нормализацией называют процесс термической обработки, заключающийся в нагреве до температуры на 40-50 ⁰С выше температуры точки А_С3 для доэвтектоидной стали с последующим охлаждением на воздухе для получения тонкопластинчатой перлитной структуры.

При нормализации стали происходит измельчение зерен. Вследствие более быстрого охлаждения, чем при отжиге, и получающегося при этом большего переохлаждения перлит, получается более дисперсным, а его количество большим, так как частично подавляется выделение феррита или цементита и образуется квазиэвтектоид. Механические свойства при этом оказываются более высокими, чем при более медленном охлаждении (при отжиге).

Нормализация по сравнению с отжигом более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью. Для углеродистых сталей нормализация широко применяется вместо отжига.