Виды термической обработки

Отжиг. Для доэвтектоидных сталей применяется полный отжиг, заключающийся в медленном нагреве стали выше АС3 на 30... 50 °С (рис. 2.5), длительной выдержке и последующем медленном охлаждении вместе с печью. Для заэвтектоидных сталей применяется обычно неполный отжиг: нагрев выше АС1, но ниже АСm, охлаждение вместе с печью. Отжиг применяется для получения равновесной мелкозернистой феррито-перлитной структуры, снятия остаточных напряжений после холодной обработки давлением, литья, сварки, а

также перед обработкой резанием и холодным пластическим деформированием для повышения пластичности и улучшения обрабатываемости. Закалка доэвтектоидной стали: нагрев выше АС3 на 30... 50 °С и быстрое охлаждение в воде, масле и др. средах с высокой охлаждающей способностью со скоростью выше критической. При закалке образуется мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в Feα. Мартенсит – однофазная структура, имеет игольчатое строение, хрупок, HRC = 60, δ = 0 %. Способность стали при-

нимать закалку возрастает с увеличением содержания углерода. Стали, содержащие С < 0, 2 %, практически не закаливаются. Закалка заэвтектоидной стали: нагрев выше АС1, но ниже АСm (неполная закалка), охлаждение со скоростью выше критической. Образуется двухфазная структура, состоящая из мартенсита и цементита. Скорости нагрева и охлаждения при ТО ограничены пластичностью металла, поэтому в зависимости от свойств материала подбираются различные охлаждающие среды, которые, с одной стороны, призваны обеспечить охлаждение со скоростью большей, чем критическая, а с другой – предотвратить образование больших внутренних напряжений, которые могут привести к разрушению образца. К сожалению, пока не разработаны идеальные охладители, обеспечивающие эти противоречивые требования. Поэтому используются усложнённые способы закалки (в двух закалочных средах, изотермическая и т. д.) Отпуск обычно производится после закалки с целью получения заданной прочности и пластичности. Различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий. Низкий отпуск заключается в нагреве до 200... 250 °С, длительной выдержке (1–2 часа) и медленном охлаждении. Получающаяся структура называется мартенситом отпуска. Она имеет наибольшую прочность и твёрдость, высокую сопротивляемость изнашиванию, но обладает очень низкой пластичностью. При низком отпуске не происходят диффузионные превращения, но значительно снижаются внутренние напряжения и повышается сопротивляемость ударным нагрузкам. Средний отпуск проводят при температуре 350…500 °С. При этих температурах происходят диффузионные превращения, мартенсит превращается в зернистый троостит, представляющий собой мелкодисперсную смесь шаровидных включений цементита и феррита. Прочность и твёрдость по сравнению с мар-

тенситом отпуска уменьшаются, но сталь приобретает большую пластичность. Применяется для пружин, рессор, ударного инструмента. Высокий отпуск проводят при температуре 500... 650 °С. В результате образуется зернистый сорбит. Т. к. диффузионные превращения при высокой температуре облегчены, то величина частичек цементита значительно больше чем у троостита. Сорбит имеет прочность меньшую, по сравнению с трооститом, но зато у стали резко увеличивается пластичность. Она становится даже большей, чем после отжига, при этом прочность высокоотпущенной стали значительно выше, чем после отжига. Сочетание ТО (закалка + высокий отпуск) называется улучшением стали. Нормализация: нагрев выше АС3 и АСm (последнее редко применяется), охлаждение на спокойном воздухе. При нормализации измельчается зерно, повышается прочность при сохранении достаточной пластичности. Для доэвтектоидных сталей нормализация заменяет отжиг. Для заэвтектоидных сталей нормализация производится с целью устранения цементитной сетки по границам зёрен и является подготовительной операцией перед закалкой. Применение различных видов ТО. Различают предварительную термическую обработку и окончательную.

Предварительная ТО заготовок производится с целью снятия остаточных напряжений после литья, сварки, обработки давлением, а также с целью повышения обрабатываемости резанием, холодным пластическим деформированием и т. п. Применяются отжиг, нормализация, улучшение (закалка и высокий отпуск). Окончательная ТО деталей выбирается в зависимости от марки стали и назначения деталей. Для конструкционных сталей применяют закалку с высоким или средним отпуском с целью получения повышенной прочности и твердости

при сохранении достаточного уровня пластичности. Для инструментальных сталей используется закалка с низким отпуском с целью получения высокой твердости и износостойкости. Однако ударная вязкость и пластичность при этом получаются низкими.