Влияние отжига, нормализации и улучшения углеродистой стали на ее свойства. Изучение структуры стали после термической и химико – термической обработки

Цель работы:

1. Ознакомиться с технологией закалки конструкционных и инструментальных углеродистых сталей.

2. Научиться по заданному химическому составу (содержание углерода) и требуемыми свойствами определить оптимальную температуру нагрева под закалку.

3. Изучить внешнее содержание углерода в стали на ее твердость в отожженном и закаленном состоянии.

Отжиг– термическая обработка, при которой сталь нагревается до определенной температуры, выдерживается при ней и затем медленно охлаждается в печи для получения равновесной, менее твердой структуры, свободной от остаточных напряжений.

К отжигу 1 рода,не связанному с фазовыми превращениями в твердом состоянии, относятся:

-диффузионный отжиг (или гомогенизация)- нагрев до 1000-1100º С для устранения химической неоднородности, образовавшейся при кристаллизации металла. Гомогенизации подвергаются слитки или отливки высоколегированных сталей. Получается крупнозернистая структура, которая измельчается при последующем полном отжиге или нормализации;

- рекристаллизационный отжиг,который применяется при снятии наклепа после холодной пластической деформации. Температура нагрева чаще всего находится в пределах 650-700º С;

-отжиг для снятия внутренних напряжений. Применяют с целью уменьшения напряжений, образовавшихся в металле при литье, сварке, обработке резанием и т.д. Температура отжига находится в пределах 200-700º С, чаще 350-600º С.

Отжиг 2 рода(или фазовая перекристаллизация) может быть полным и неполным:

-полный отжиг – нагрев стали на 30-50º выше верней критической точки с последующим медленным охлаждением. При этом отжиге происходит полная кристаллизация: при нагреве феррито-перлитная структура переходит в аустенитную, а при охлаждении аустенит превращается обратно в феррит и перлит.

-неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (на 30-50º выше температуры перлитного превращения). При этом произойдет перекристаллизация только перлитной составляющей.

При неполном отжиге улучшается обрабатываемость резанием в результате снижения твердости и повышения пластичности стали.

Изотермический отжиг заключается в нагреве и выдержке при температуре на 30-50º выше верхней критической точки, охлаждении до 600-700º С, выдержке при этой температуре до полного превращения аустенита в перлит и последующим охлаждении на воздухе. При таком отжиге уменьшается время охлаждения, улучшается обрабатываемость резанием. Применяется для легированных сталей.

Нормализация-разновидность отжига; при нормализации охлаждение проводится на спокойном воздухе. Скорость охлаждения несколько больше, чем при обычном отжиге, что определяет некоторое отличие свойств отожженной и нормализованной стали.

При нормализации сталь нагревают до аустенитного состояния (выше линии GSE). Благодаря полной фазовой перекристаллизации устраняется крупнозернистая структура, полученная при литье, прокатку или ковке. Охлажденная на воздухе, вне печи, снижает экономические затраты на термообработку. Нормализацию применяют для низкоуглеродистых сталей вместо отжига, а для среднеуглеродистых сталей вместо улучшения (закалка + высокий воздух).

Закалка-это термическая обработка, которая заключается в нагреве стали до температур, превышающих температуру фазовых превращений, выдержке при этой температуре и последующим охлаждении со скоростью, превышающей критическую минимальную скорость охлаждения. Основной целью закалки является получение высокой твердости, упрочнение. В основе закалки лежит аустенитно-мартенситное превращение.

Главное назначение закалки стали - повышение прочности и твердости средне и высокоуглеродистых сталей.

Отпуск - это заключительная операция термической обработки стали, которая заключается в нагреве ниже температуры перлитного превращения (727º), выдержке и последующим охлаждении. При отпуске формируется окончательная структура стали. Цель отпуска – получение заданного комплекса механических свойств стали, а также полное или частичное устранение закалочных напряжений.