Основы термической и химико-термической

Обработки стали

Термическая обработка производится путем теплового воздействия на сталь с целью изменения ее структуру и свойств. При нагреве до заданной температуры, выдержке и последующем охлаждении с определенной скоростью в стали происходят изменения, которые обуславливают те или другие ее свойства. Надо внимательно изучить превращения в стали при нагреве и охлаждении, стадии этих превращений. Важное значение имеет условие изотермического превращения аустенита, а также превращений, протекающих при непрерывном охлаждении стали с различными скоростями, с образованием ряда характерных структур (перлита, сорбита, троостита, мартенсита).

При многих видах термической обработки сталь нагревают до температур соответствующих существованию аустенита. Образование аустенита при нагреве является диффузионным процессом. При температуре 727⁰С перлит превращается в аустенит.

При невысоких температурах нагрева зерна аустенита мелкие. В результате повышения температуры зерно аустенита растёт. Однако склонность к росту зерна неодинакова у сталей, поэтому различают стали наследственно мелкозернистые и крупнозернистые. Продолжительный нагрев стали при температурах, значительно превышающих точки Ас₃ или Ас_m приводит к образованию крупного зерна. Такое состояние называют, перегревом стали. Нагрев еще при более высоких температурах в окислительной среде вызывает пережог стали, который сопровождается образованием окислов железа по границам зерен. Пережог – неисправимый дефект стали. Величина зерна влияет на ударную вязкость и порог хладноломкости. Определение размера зерна проводится в соответствии с ГОСТ 5639-65.

Основными видами термической обработки являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг заключается в нагреве стали выше критической точки, выдержке и последующим медленным охлаждением. В результате отжига получают структуру перлит с ферритом или цементитом, и сталь приобретает высокую пластичность и низкую твёрдость. Различают следующие виды отжига: неполный, полный, изотермический, диффузионный и рекристализационный.

Нормализация стали это процесс нагрева выше критической точки Ас₃ (Ас_m) с последующим охлаждением на воздухе. Получаемая структура – мелкопластинчатая перлитного класса (перлит, сорбит, троостит).

Закалкой называют нагрев стали выше точка Ас₃ или Ас₁ и последующее быстрое охлаждение (со скоростью выше критической). При охлаждении сталь приобретает структуру мартенсит и обладает высокой твёрдостью, прочностью и износостойкостью. Закалка не является окончательным видом термической обработки. В зависимости от температуры нагрева закалка бывает полной и неполной. По условию охлаждения закалку подразделяют на непрерывную, прерывистую, ступенчатую и изотермическую. Чтобы уменьшить напряжения, вызванные закалкой, и получить нужные механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

Под отпуском понимают нагрев закалённой на мартенсит стали до температуры ниже точки Ас₁ (<727⁰С) с последующим охлаждением. В зависимости от температуры нагрева отпуск подразделяется на низкий (150 – 250^оС), средний (300-450^оС) и высокий (500-700^оС). С увеличением температуры отпуска повышаются пластические свойства и снижается прочность стали.

Для грамотного назначения параметров термической обработки (температура и скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения),с целью получения требуемых свойств стали, необходимо пользоваться диаграммами изотермического и термокинетического распада аустенита.

В результате закалки сталей с содержанием углерода более 0.6 % углерода, в структуре, наряду с мартенситом сохраняется и остаточный аустенит и наличие которого снижает твердость и прочность изделия. Для превращения остаточного аустенита в мартенсит сталь необходимо переохладить до более низких температур. Эту задачу выполняет процесс обработки стали холодом.

Для упрочнения длинномерных изделий в промышленности применяют термомеханическую обработку, заключающуюся в сочетании горячей пластической деформации и термической обработки.

Отливки из чугуна подвергают отжигу, нормализации, закалке с отпуском в зависимости от требований, предъявляемых к ним по структуре и твердости.

При изучении основ химико-термической обработки следует исходить из того, что процесс данного вида обработки состоит из выделения атомов насыщающего вещества внешней средой, захвата (сорбции) этих атомов поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. В большинстве случаев насыщение может происходить из твердой, жидкой и газовой сред. Поэтому нужно знать, наиболее удачные варианты насыщения для каждого метода химико-термической обработки и конечные результаты.