51. Что является основой термической обработки стали.

Режим термической обработки. Термическая обработка заключается в температурном воздействии нагрева и охлаждения на сталь для измене­ния внутреннего ее строения и получения необходимых свойств. Эту об­работку можно изобразить графически в координатах температура Т - время t (рис. 14). Левый луч графика обозначает нагрев стали до заданной температуры, горизонтальный участок - время выдержки t_в при ней и правый луч - охлаждение со скоростью, зависящей от вида термической обработки.

Температуру нагрева стали под термическую обработку выбирают в зависимости от ее химического состава и положения ее критических то­чек, в определяемых на диаграмме состояния железоуглеродистых спла­вов (см. рис. 7). В сталях различают следующие критические точки: А при температуре 217 °С, соответствующие магнитному превращению в цементите; А₁ — на линии эвтектоидного превращения при температуре 727 °С; А₂ при температуре 768 °С, соответствующей магнитному пре­вращению в железе; А₃ при переменных температурах по линиям GS и SE (точки А₃ на линии SE обозначают А_ст). При рассмотрении процесса охлаждения к обозначению точек А добавляется индекс "r" (Аr), про­цесса нагрева — "с" (Ас).

Рис. 14. График режима простой тер­мической обработки:

t_н — время нагрева; t_в — время выдержки; t_о — время охлаждения; t_max - температура нагрева; v_ист - истинная скорость охлаждения в дан­ной точке (v_ист = dT/dt)

Температура нагрева зависит также и от вида термической обра­ботки. Время выдержки при данной температуре нагрева выбирают в зависимости от размера обрабатываемой детали и эффективности нагре­вающей среды. Его назначают около 1,5-2 мин на 1 мм сечения изделия Скорость охлаждения зависит от вида термической обработки, исходя из необходимости получения заданных свойств. Виды термической обработки стали российский ученый А. А Бочвар подраз­делил на четыре группы: отжиг первого рода, отжиг второго рода, закалка и отпуск. При этом свойства стали изменяются только от термиче­ского воздействия на металл. Кроме этих групп основных видов терми­ческой обработки стали широко применяются два сложных метода ее упрочнения: химико-термическая и термомеханическая обработка стали. Химико-термическая обработка стали сочетает химическое и термиче­ское воздействие на металл, а термомеханическая - термическое и пла­стическое.

Рис. 19. Интервалы температур наг­рева углеродистых сталей в зависи­мости от содержания углерода С для различных видов отжига

52. Что дает отжиг стали.

Отжиг — вид термической обработки, при котором изделия нагрева­ют до определенной температуры, выдерживают длительное время в зависимости от их размера, а затем медленно охлаждают вместе с печью.

Отжиг первого рода подразделяется на диффузионный и низкий.

Диффузионный отжиг (гомогенизация) заключается в нагреве стали до высоких температур 1000-1100 °С (рис. 19), длительной выдержке и последующем медленном охлаждении вместе с печью с целью фазовой перекристаллизации. Применяют для слитков и крупных стальных от­ливок, выравнивания химической неоднородности их состава в зернах и зонах, т.е. для уменьшения дендритной и зональной ликвации. Ввиду сильного роста зерен при диффузионном отжиге заготовки после него подвергают дополнительной термической обработке, например обычно­му отжигу.

Низкий отжиг заключается в нагреве стали ниже нижней критиче­ской точки Ac₁, выдержке и последующем медленном охлаждении вме­сте с печью. Применяют для снятия внутренних напряжений (например, после сварки). Такой отжиг протекает без фазовой перекристаллизации. Рекристаллизационный (низкий) отжиг используют после холодной пластической деформации (наклепа) для улучшения пластических свойств стали.

Таким образом, отжиг первого рода применяют, когда предшествую­щая обработка приводит металл в неустойчивое состояние. Нагрев при отжиге увеличивает тепловую подвижность атомов, поэтому процессы, приводящие металл в устойчивое состояние (снятие напряжений, умень­шение искажений кристаллической решетки, диффузия и т.п.), достига­ют заметных скоростей.

Отжиг второго рода подразделяется на полный, неполный и изотер­мический. Разновидностью отжига является нормализация. Цель отжига второго рода — фазовая перекристаллизация и снятие внутренних напря­жений. В процессе отжига изменяются форма и размер фаз, в результате чего получается структура, состоящая из феррита и цементита (карбидов с наименьшей твердостью и большой пластичностью.

Полный отжиг заключается в нагреве стали выше верхней критиче­ской точки Ас₃ (см. рис. 19) на 30-50 °С, выдержке и последующем медленном охлаждении вместе с печью. Применяют его для доэвтектоидной стали. Исходная структура, состоящая из феррита и перлита, при нагреве превращается в мелкозернистый аустенит. При медленном охлаждении аустенит распадается с образованием мелкозернистой ферритно-перлитной структуры. Заэвтектоидную сталь полному отжигу не подвергают.

Неполный отжиг заключается в нагреве стали выше нижней критиче­ской точки Ac₁ на 30-80 °С, но ниже верхней критической точки Ас₃ , выдержке и последующем медленном охлаждении вместе с печью. Применяют его для эвтектоидной и заэвтектоидной стали. Исходная структура заэвтектоидной стали, состоящая из перлита и вторичного це­ментита, после нагрева состоит из аустенита и цементита (А + Ц). При медленном охлаждении цементит получается зернистым, поэтому после отжига сталь состоит из зернистого перлита и цементита. Эвтектоидная сталь после отжига второго рода имеет также структуру зернистого пер­лита. Неполный отжиг заэвтектоидной стали называют сфероидизацией.

Неполному отжигу доэвтектоидную сталь подвергают редко, так как перекристаллизацию претерпевает один перлит, а феррит остается неизмененным. Иногда его применяют для поковок и сортового проката из доэвтектоидной стали, чтобы снять внутренние напряжения и улучшить обрабатываемость резанием.

Изотермический отжиг — вид обработки, при которой сталь нагре­вают до соответствующей температуры в зависимости от содержания уг­лерода, а затем быстро охлаждают до температуры, лежащей ниже точки Аr₁ на 100-150 °С, выдерживают при ней до полного распада аустенита и охлаждают на воздухе. При этом сокращается время полной обработки и получается более равномерная микроструктура стали, чем при обыч­ном отжиге.