Основные операции термической обработки

Термическая обработка (сокращенно ТО) подразделяется на предварительную и окончательную.

Предварительная обработка - отжиг и нормализация, применяется часто при подготовке структуры стали для последующей обработки (давлением, резанием и т.д.)

В качестве окончательной обработки применяют, как правило, закалку с последующим отпуском.

Иногда отжиг и, чаще, нормализация могут быть окончательной операцией, если эти операции дают нужные механические свойства по условиям работы детали.

Режим любой ТО можно представить схематически в координатах “температура (T) - время ( t )” (рис.4).

Рис. 3. Температуры нагрева при термической обработке стали

Для большинства марок стали численное значение температуры нагрева T_н определяется положением критических точек A_с1 (т.е. по линии PSK) и A_с3 (линия GS) :

для доэвтектоидных сталей T_н = A_с3 + (30 …50°);

для заэвтектоидных сталей T_н = A_с1+ (30 …50°)

Нагрев ниже A _с3 для доэвтектоидных сталей нежелателен, т.к. сохраняется часть феррита.

Для заэвтектоидных сталей целесообразен нагрев ниже A_ст (линия SЕ), т.к. при этом сохраняется цементит, повышающий твердость и износостойкость стали. Нагрев выше A_ст , являясь менее экономичным, дает после закалки крупноигольчатый мартенсит без цементита, с повышенным количеством остаточного аустенита - структуры менее твердой, но хрупкую за счет грубой структуры мартенсита.

T Закалка, отжиг или

нормализация

Т_н

A_с1 , A_с3 или A_ст Отпуск:

T_выс высокий

T_ср средний

Т_низ низкий

t , время

П е р л и т

Способ охлаждения Температуры нагрева для отпуска

печь песок воздух масло вода 200 300 400 500 600 700°С

Рис.5. Диаграмма закономерностей процессов закалки и отпуска

.

Скорость охлаждения обеспечивается определенной охлаждающей средой. В качестве закалочных сред обычно применяют воду, водные растворы солей, щелочей, минеральные масла. Углеродистые стали чаще закаливают в воде.

Назначение закалки - получение высокой твердости.

Отпуск- термическая операция, заключающаяся в нагреве закаленной стали до температур ниже линии PSK, выдержке при этих температурах и охлаждении.

Назначение отпуска - снятие внутренних напряжений и получение необходимых свойств путем изменения структуры (повышение пластичности и вязкости).

Отпуск имеет важное практическое значение. Именно в процессе отпуска стальные изделия приобретают свойства, определяющие их поведение в эксплуатации. Температура отпуска обусловливается требованиями механических свойств детали.

Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят с нагревом до 250°С. Цель - снижение внутренних напряжений. Мартенсит закалки переходит в мартенсит отпуска. Высокая твердость и износостойкость сохраняются. Сохраняется также низкая ударная вязкость. Данному отпуску подвергается металлорежущий инструмент.

Среднетемпературный (средний) отпуск проводится при температурах 350-500°С. Структура мартенсита переходит в троостит отпуска. Такой отпуск обеспечивает наиболее высокий предел упругости и несколько повышает вязкость. Такой отпуск применяется для рессор, пружин, а также инструмента, испытывающего ударные нагрузки.

Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при температуре 500-680°С. Структура мартенсита закалки переходит в сорбит отпуска. После такого отпуска почти полностью снимаются внутренние напряжения, значительно повышается ударная вязкость. Прочность и твердость при этом снижаются, но остаются более высокими, чем при нормализации. Высокий отпуск создает наилучшее сочетание прочности и вязкости стали.

ТО, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением.

Продолжительность отпуска зависит от конкретных изделий. Обычно в течение 1,5 часов напряжения снижаются до минимальной величины, соответствующей данной температуре отпуска. Некоторым изделиям (измерительный инструмент) делают более продолжительный отпуск.