4. Основные виды и технологические операции термической обработки, различно изменяющие структуру и свойства стали

Термическая обработка металлов и сплавов представляет собой совокупность технологических операций, связанных с нагревом, выдержкой и охлаждением и, в некоторых случаях, с изменением химического состава поверхностного слоя.

Основными видами термической обработки, различно изменяющими структуру и свойства стали, является отжиг, нормализация, закалка и отпуск. В зависимости от требований, предъявляемым к полуфабрикатам (отливкам, поковкам, прокату и т.д.) и к готовым изделиям назначаются те или иные виды термической обработки.

Отжиг – это вид термической обработки, в результате которого понижается твердость, но повышается пластичность и вязкость стали. Основное назначение отжига – получение равномерной структуры. Отжиг применяется для улучшения обрабатываемости резанием, устранения внутренних напряжений, измельчения структуры в отливках, неоднородности структуры стали после горячей обработки давлением.

Нормализация – это термическая обработка стали, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния (на 30-50 град. Выше А_С3 или А_СТ) и охлаждают на воздухе. Нормализацию чаще применяют как промежуточную операцию, улучшающую структуру. Нормализация устраняет крупнозернистую структуру, получаемую при литье, прокатке, ковке или штамповке. Для низкоуглеродистых сталей ее применяют и как окончательную, например, при изготовлении сортового проката (рельсы, швеллеры). После нормализации улучается обрабатываемость резанием.

Закалка – упрочняющий вид термической обработки. В результате закалки повышается твердость, прочность и износостойкость стали, но снижается ее пластичность и вязкость. Иногда закалку применяют для придания стали специальных физико-химических свойств, устойчивости против коррозии, жаропрочность и пр. Закалка заключается в разогреве стали до температуры выше критической и последующей охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Структура такой стали будет состоять из крупноигольчатого мартенсита, обладающего пониженной ударной вязкостью.

Отпуском называется нагрев закаленной стали до температуры ниже критической точки А_С1, выдержка при этой температуре с последующим охлаждением (обычно на воздухе). Отпуск является окончательной операцией термической обработки. Целью отпуска является изменение строения и свойств закаленной стали: повышение вязкости и пластичности, уменьшение твердости, полное или частичное устранение напряжений, возникающих при закалке.

Различают: низкотемпературный (структура – мартенсит отпуска), среднетемпературный (структура – троостит), высокотемпнратурный (структура – сорбит, который представляет собой ферртиоцементитную смесь средней степени дисперсности и имеет зернистое строение) отпуск.

Термомеханическая обработка заключается в сочетании пластической деформации в аустенитном состоянии с закалкой. Формирование структуры закаленной стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распеделения дислокаций, обусловленных условиями горячей деформации. Различаю два основынх способа термомеханической обработки: высокотемпературная ТМО и низкотемпературная ТМО. При ВТМО сталь деформируют при температуре выше точки А_С3, при которой она имеет аустенитную структуру. При НТМО сталь деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости (400-600^О С), температура деформации должна быть выше точки М_Н но ниже температуры рекристаллизации.