Термическая обработка сталей

Цель любого процесса термической обработки состоит в том, чтобы нагревом до определенной температуры и последующим охлаждением вызвать желаемое изменение структуры и свойств стали.

Основные факторы воздействия при термической обработке – температура и время, поэтому любой вид термической обработки можно представить графиком в координатах температура (t,°С) – время (T,мин).

Изменение свойств металла (сплава), которое создается в результате термической обработки, должно быть остаточным. Для этого необходимо, чтобы в металле (сплаве) в процессе термообработки произошли фазовые превращения. Однако при термической обработке могут быть поставлены цели, которые достигаются независимо от наличия или отсутствия в сплавах превращений в твёрдом состоянии.

Предшествующая обработка может привести металл в неустойчивое состояние. Так, холодная пластическая деформация создает наклеп (искажения кристаллической решетки), ускоренное охлаждение расплавленного металла сокращает время кристаллизации, но при этом не успевает проходить диффузионный процесс и состав сплава даже в объеме одного зерна может оказаться неоднородным. Быстрое охлаждение после кристаллизации или неравномерное распределение напряжений делает неравномерным и распределение упругой деформации в металле. Неустойчивое состояние в металле при комнатной температуре сохраняется долго, так как тепловой энергии недостаточно для диффузионного перемещения атомов. Процессы, приводящие металлы в устойчивое состояние (снятие напряжений, уменьшение искажения кристаллической решетки, рекристаллизация, диффузия), достигают заметных скоростей только при повышенных температурах и такой вид термообработки называется отжигом.

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, который в результате предшествующей обработки получил неустойчивое состояния, и приводящая его в более устойчивое, называется гомогенизирующим отжигомилигомогенизацией.

Пластически деформированный металл приводят к устойчивому состоянию (снятие искажений решетки и устранение других внутризеренных изменений) нагрев и выдержка при температуре 300…400 °С. В этом случае процесс нагрева называется возвратом или отдыхом. В результате возрастает пластичность и немного (около 20 %) понижается твёрдость и прочность, но одновременно с возвратом иногда может проходить процесс полигонизации: беспорядочно разбросанные внутри зерна дислокации собираются, образуя сетку и создавая ячеистую структуру, которая может препятствовать процессу рекристаллизации, т.е. образованию новых зерен. Между температурой рекристаллизации и температурой плавления существует следующая зависимость:

Т_рек..= а·Т_пл ,

где Т_рек. – абсолютная температура рекристаллизации;

Т_пл – абсолютная температура плавления;

а – коэффициент, зависящий от чистоты металла.

Чем выше чистота металла, тем ниже температура рекристаллизации. Для металлов обычной технологической чистоты а = 0,3-0,4. Высокочистые металлы имеют Т_рек=(0,25-0,35)Т_пл. Температура рекристаллизации сплавов, как правило, выше, чем у чистых металлов и в зависимости от легирующих элементов в некоторых случаях достигает 0,8 Т_пл. Температура рекристаллизации имеет важное практическое значение. Структура и свойства наклёпанного металла восстанавливаются только при нагреве выше температуры рекристаллизации.

Пластическое деформирование при t > Т_рек. хотя и приводит к упрочнению, но оно устраняется протекающим при этих температурах процессом рекристаллизации, который происходит сразу после окончания деформации и тем быстрее, чем выше температура. При температуре значительно превышающей Т_рек она завершается в десятые доли секунды.