Виды термической обработки

ВВЕДЕНИЕ
1 ВИДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
2 МЕХАНИЗМ ОСНОВНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ НАГРЕВЕ И ОХЛАЖДЕНИИ
2.1 ПРЕВРАЩЕНИЕ ПЕРЛИТА В АУСТЕНИТ
2.2 ПРЕВРАЩЕНИЕ АУСТЕНИТА В ПЕРЛИТ ПРИ МЕДЛЕННОМ ОХЛАЖДЕНИИ
2.2.1 Закономерности превращения
2.2.2 Промежуточное превращение
2.3 ПРЕВРАЩЕНИЕ АУСТЕНИТА В МАРТЕНСИТ ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ ОХЛАЖДЕНИЯ
2.4 ПРЕВРАЩЕНИЕ МАРТЕНСИТА В ПЕРЛИТ
3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ОСОБЕННОСТИ ОТЖИГА, НОРМАЛИЗАЦИИ, ЗАКАЛКИ И ОТПУСКА
4 ОТЖИГ И НОРМАЛИЗАЦИЯ. НАЗНАЧЕНИЕ И РЕЖИМЫ
4.1 ОТЖИГ ПЕРВОГО РОДА
4.2 ОТЖИГ ВТОРОГО РОДА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Рис. 10 – Левый угол диаграммы состояния железо – цементит и температурные области нагрева при термической обработке сталей
 
4 Отжиг и нормализация. Назначение и режимы
Отжиг, снижая твердость и повышая пластичность и вязкость за счет получения равновесной мелкозернистой структуры, позволяет:
улучшить обрабатываемость заготовок давлением и резанием;
исправить структуру сварных швов, перегретой при обработке давлением и литье стали;
подготовить структуру к последующей термической обработке.
Характерно медленное охлаждение со скоростью 30-100 °С/ч. 
4.1 Отжиг первого рода
1. Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг. Применяется для устранения ликвации, выравнивания химического состава сплава. В его основе – диффузия. В результате нагрева выравнивается состав, растворяются избыточные карбиды. Применяется, в основном, для легированных сталей. Температура нагрева зависит от температуры плавления, . Продолжительность выдержки: часов.
2. Рекристаллизационный отжиг проводится для снятия напряжений после холодной пластической деформации. Температура нагрева связана с температурой плавления: . Продолжительность зависит от габаритов изделия.
3. Отжиг для снятия напряжений после горячей обработки (литья, сварки, обработки резанием, когда требуется высокая точность размеров). Температура нагрева выбирается в зависимости от назначения, находится в широком диапазоне: . Продолжительность зависит от габаритов изделия.
Детали прецизионных станков (ходовые винты, высоконагруженные зубчатые колеса, червяки) отжигают после основной механической обработки при температуре 570-600 °С в течение 2-3 часов, а после окончательной механической обработки, для снятия шлифовочных напряжений – при температуре 160-180 °С в течение 2-2,5 часов.
4.2 Отжиг второго рода
Отжиг второго рода предназначен для изменения фазового состава.
Температура нагрева и время выдержки обеспечивают нужные структурные превращения. Скорость охлаждения должна быть такой, чтобы успели произойти обратные диффузионные фазовые превращения.
Является подготовительной операцией, которой подвергают отливки, поковки, прокат. Отжиг снижает твердость и прочность, улучшает обрабатываемость резанием средне- и высокоуглеродистых сталей. Измельчая зерно, снижая внутренние напряжение, уменьшая структурную неоднородность способствует повышению пластичности и вязкости.
В зависимости от температуры нагрева различают отжиг:
1. Полный, с температурой нагрева на 30-50 °С выше критической температуры :
Проводится для доэвтектоидных сталей для исправления структуры.
При такой температуре нагрева аустенит получается мелкозернистый, и после охлаждения сталь имеет также мелкозернистую структуру.
2. Неполный, с температурой нагрева на 30-50 °С выше критической температуры :
Применяется для заэвтектоидных сталей. При таком нагреве в структуре сохраняется цементит вторичный, в результате отжига цементит приобретает сферическую форму (сфероидизация). Получению зернистого цементита способствует предшествующая отжигу горячая пластическая деформация, при которой дробится цементитная сетка. Структура с зернистым цементитом лучше обрабатываются и имеют лучшую структуру после закалки. Неполный отжиг является обязательным для инструментальных сталей.
Иногда неполный отжиг применяют для доэвтектоидных сталей, если не требуется исправление структуры (сталь мелкозернистая), а необходимо только понизить твердость для улучшения обрабатываемости резанием.
3. Циклический или маятниковый отжиг применяют, если после проведения неполного отжига цементит остается пластинчатым. В этом случае после нагрева выше температуры следует охлаждение до 680 °С, затем снова нагрев до температуры 750-760 °С и охлаждение. В результате получают зернистый цементит.
Рис. 11 – Режимы изотермического отжига
 
5. Превращение необратимое. Получить аустенит из мартенсита невозможно.
Свойства мартенсита обусловлены особенностями его образования. Он характеризуется высокой твердостью и низкой пластичностью, что обуславливает хрупкость.
В результате получают более однородную структуру, так как превращение происходит при одинаковой степени переохлаждения. Значительно сокращается длительность процесса. Применяют для легированных сталей.
5. Нормализация – разновидность отжига. Термическая обработка, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния, на 30-50 °С выше или с последующим охлаждением на воздухе:
или .
В результате нормализации получают более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит), уменьшаются внутренние напряжения, устраняются пороки, полученные в процессе предшествующей обработки. Твердость и прочность несколько выше чем после отжига.
В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет грубую сетку вторичного цементита.
Нормализацию чаще применяют как промежуточную операцию, улучшающую структуру. Иногда проводят как окончательную обработку, например, при изготовлении сортового проката.
Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига.
Для среднеуглеродистых сталей нормализацию или нормализацию с высоким отпуском применяют вместо закалки с высоким отпуском. В этом случае механические свойства несколько ниже, но изделие подвергается меньшей деформации, исключаются трещины.
Заключение
Термическая обработка является одним из наиболее распространенных в современной технике способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием и др., либо как окончательная операция для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который сможет обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изделия. Чем ответственнее изделия (конструкция), тем, как правило, в ней больше термически обработанных деталей.
Так как основными факторами любого вида термической обработки являются температура и время, то любой процесс термической обработки можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени.
Термическая обработка рассматривает и объясняет изменение строения и свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии, а также при тепловом воздействии в сочетании с химическим, деформационным, магнитным и другими воздействиями.
Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, находящегося в результате каких-либо предшествующих воздействий в неравновесном состоянии, и приводящая его в более равновесное состояние, называется отжигом. Охлаждение после отжига производится вместе с печью.
Нагрев при отжиге может производиться ниже и выше температур фазовых превращений в зависимости от целей отжига.
Отжиг, при котором нагрев и выдержка металла производится с целью приведения его в однородное (равновесное) состояние за счет уменьшения (устранения) химической неоднородности, снятия внутренних напряжений и рекристаллизации называется отжигом первого рода. Его проведение не связано с прохождением фазовых превращений. Он возможен для любых металлов и сплавов.
В зависимости от того, какие отклонения от равновесного состояния устраняются существуют следующие разновидности отжига 1-го рода: гомогенизационный, рекристаллизационный и уменьшающий напряжения отжиг.
Гомогенизационный (диффузионный) отжиг – это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение последствий дендритной ликвации (химической неоднородности).
Рекристаллизационный отжиг – это термическая обработка деформированного металла, при которой главным процессом является рекристаллизация металла.
Отжиг, уменьшающий напряжения – это термическая обработка, при которой главным процессом является полная или частичная релаксация остаточных напряжений.
Отжиг, при котором нагрев производится выше температур фазовых превращений с последующим медленным охлаждением для получения структурно равновесного состояния, называется отжигом второго рода или перекристаллизацией.
Если после нагрева выше температур фазовых превращений охлаждение ведется не в печи, а на воздухе, то такой отжиг называется нормализацией, которая является переходной ступенью от отжига к закалке.
Существуют два вида закалки: закалка без полиморфного превращения и закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения заключается в нагреве металла или сплава до температур растворения избыточной фазы, выдержке при этой температуре с целью получения однородного пересыщенного твердого раствора, и в фиксации полученного пересыщенного твердого раствора за счет быстрого охлаждения в сильном охладителе (вода, масло и др.). В результате этого сплав имеет структурно неустойчивое состояние. Этот вид закалки характерен для сплавов алюминия с медью – дуралюминов.
Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла выше температур фазовых превращений с последующим быстрым охлаждением для получения структурно неравновесного состояния, называется закалкой с полиморфным превращением. Этот вид закалки характерен для сплавов железа с углеродом (стали). После закалки в стали образуется структура пересыщенного твердого раствора углерода в -железе, которая называется мартенситом.
Состояние закаленного сплава характеризуется особой неустойчивостью. Процессы, приближающие его к равновесному состоянию, могут идти даже при комнатной температуре и резко ускоряются при нагрева.
Термическая обработка, представляющая собой нагрев закаленного сплава ниже температур фазовых превращений для приближения его структуры к более устойчивому состоянию, называется отпуском. Отпуск является операцией, проводимой после закалки стали (закалки с полиморфным превращением).
Между отпуском и отжигом 1-го рода много общего. Разница в том, что отпуск — всегда вторичная операция после закалки.
Самопроизвольный отпуск, происходящий после закалки без полиморфного превращения, в результате длительной выдержки при комнатной температуре, или отпуск при сравнительно небольшом подогреве, называется старением.
Список литературы
Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1985. – 252 с.
Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки. – М.: Металлургия, 1986. – 296 с.
Берштейн М.Л., Займовский В.А. Термомеханическая обработка стали. – М.: Металлургия, 1983. – 393 с.
Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. – 325 с.
Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. – М.: Металлургия, 1992. – 426 с.
Новиков И.И. Термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1986. – 480 с.
Новиков И.И., Строганов Г.Б. Металловедение, термическая обработка и рентгенография. - М.: Изд-во МИСиС, 1994. – 383 с.
Физическое металловедение. / Под ред. Канна Р.У., Хаазена П.Т., перев. с англ. – М.: Металлургия, 1987. – 307 с.
Новиков И.И. Термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1986. – 480 с.
Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1985. – 252 с.
Берштейн М.Л., Займовский В.А. Термомеханическая обработка стали. – М.: Металлургия, 1983. – 393 с.
Физическое металловедение. / Под ред. Канна Р.У., Хаазена П.Т., перев. с англ. – М.: Металлургия, 1987. – 307 с.
Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки. – М.: Металлургия, 1986. – 296 с.
Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. – 325 с.
Физическое металловедение. / Под ред. Канна Р.У., Хаазена П.Т., перев. с англ. – М.: Металлургия, 1987. – 307 с.
Новиков И.И., Строганов Г.Б. Теория термической обработки металлов. – М.: Металлургия, 1992. – 426 с.
Новиков И.И., Строганов Г.Б. Металловедение, термическая обработка и рентгенография. – М.: Изд-во МИСиС, 1994. – 383 с.
Новиков И.И. Термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1986. – 480 с.
2