Предварительная то стали отжиг и нормализация

Предварительную термическую обработку выполняют для обеспечения требуемых технологических свойств материала заготовок (отливок, поковок, проката и т.п.) и подготовки структуры к окончательной термической обработке: 1) уменьшения твёрдости для снижения усилий резания; 2) измельчения зерна с целью повышения пластичности, так как современные методы обработки конструкционных сталей связаны в основном с формообразованием за счет пластической деформации; 3) устранения различных дефектов структуры (строчечное, ферритной сетки, видманштеповой структуры); 4) получения равномерного распределения структурных составляющих; 5) снятия внутренних напряжений.

В качестве предварительной термической обработки сталей проводят отжиг или нормализацию.

Отжиг — нагрев доэвтектоидной стали до температуры на 30-50 °С выше линии Ac3, выдержка и медленное охлаждение с печью (скорость охлаждения 20-30 град/ч).

При нормализации в отличие от отжига охлаждение производят на спо­койном воздухе (скорость охлаждения 3 град/с).

Нагрев доэвтектоидных сталей при предварительной термической обра­ботке выше линии Ac3 необходим для измельчения зерна в сплавах в результате полной перекристаллизации. При этом следует учитывать, что измельчение стали. Такой дефект структуры носит название перегрева. Нагрев же стали в межкритический интервал температур (ниже линии Ас₃, но выше Ac1) не приводит к полной перекристаллизации (измельчается только зерно перлита). Нормализация приводит к несколько более высокой твёрдости, чем от­жиг.

Для сталей, содержащих 0,25-0,5 % углерода, повышение твёрдости ко­торых при нормализации невелико, выгоднее проводить нормализацию; для более высокоуглеродистых сталей, содержащих 0,55-0,75 % С — отжиг, но, воз­можно, и нормализацию — в зависимости от используемой в дальнейшем технологии.

Малоуглеродистые стали (до 0.25 % С) необходимо подвергать только нормализации, чтобы сталь, имея структуру феррит + перлит (небольшое коли­чество), была пластичной. После отжига эти стали будут иметь структуру фер­рита и цементита, расположенного по границам ферритных зерен, что сильно охрупчивает стали.

Измельчение зерна при отжиге или нормализации доэвтектоидных сталей в результате перекристаллизации происходит как при нагреве, так и при охлаж­дении

14. Предварительная термическая обработка углеродистых инструментальных сталей.

Заэвтектоидные инструментальные стали имеют исходную структуру перлит + вторичный цементит, при этом в ряде случаев при некачественно про­веденной горячей обработке давлением (ковке, прокатке и др.) вторичный це­ментит расположен в виде сетки по границам перлитных зерен.

Такая структура приводит к по­вышенной хрупкости стали и затрудня­ет ее механическую обработку, а после дальнейшей закалки инструмент будет хрупок и неработоспособен. Поэтому в первую очередь необходимо избавить­ся от сетки вторичного цементита. Для этого заэвтектоидную сталь нагревают до температуры, при которой вторич­ный цементит полностью растворится, т. е. на 30-50 °С выше линииАс3 (но обычно не выше 920-950 °С), выдер­живают при этой температуре и уско­ренно охлаждают на воздухе или в мас­ле (в зависимости от сечения заготов­ки). Если же охлаждать медленно, например, с печью, то вторичный цементит успевает вновь выделиться избирательно по границам перлитных зерен.

Главным условием образования перлита с зернистой формой цементита является фиксация при охлаждении неоднородного по углероду твердого раствора (аустенита). Из однородного (гомогенного) аустенита при медленном охлаждении всегда образуется цементит пластинчатой формы. На практике от­жиг проводят путем нагрева стали выше точки Ac1 (до 740-770 °С) с после­дующей длительной изотермической выдержкой при температуре 660-700 °С (наиболее технологичный режим) или с последующим непрерывным охлаж­дением с печью со скоростью не более 50 град/ч до 500-600 °С и далее на воз­духе (рис. 6.5). Для отдельных заготовок инструментов и небольших их партий возможен маятниковый отжиг, сокращающий время обработки.

Отжиг. Назначение и технология. Этот вид термообработки относится к предварительным операциям, производится отжиг в основном заготовкам (отливкам и поковкам). В зависимости от того, какой основной процесс лежит в основе достижения поставленной цели отжига, различают два его вида: отжиг I рода и отжиг II рода. Первый вид – это отжиг, при котором поставленные цели достигаются без фазовых переходов. К этому виду относят гомогенизацию, рекристаллизационный и релаксационный отжиги.

К отжигу II рода относят технологии, когда цель достигается за счет фазовых переходов.

Отжиг I рода. Гомогенизация, или диффузионный отжиг. Применяется для выравнивания химического состава (устранения ликвации). Гомогенизации в основном подвергают слитки из высоколегированных сталей, либо отливки из таких же сталей.

Технология: нагрев до 1100…1200 0 С со скоростью 70. 80 0 С/ч, выдержка при этой температуре – 8. 10 ч с последующим медленным охлаждением (вместе с печью) со скоростью 30. 40 0 С/ч. Общая продолжительность такого отжига – до 50…60 часов.

Рекристаллизационный отжиг применяют для устранения наклепа, вызванного предшествующей холодной пластической деформацией. Технология: нагрев стали со скоростью 70. 80 0 С/ч до температуры 650. 680 0 С. Продолжительность выдержки 4. 6 часов, охлаждение – вместе с печью. Такому отжигу подвергают электротехнические, нержавеющие стали, а также листовую сталь, предназначенную для холодной штамповки.

Релаксационный отжиг применяется для снятия остаточных напряжений. Этот вид отжига применяют для отливок (после нормализации), сварных изделий, деталей после обработки резанием и т.п., в которых в процессе предыдущих операций из-за неравномерного охлаждения, неоднородной пластической деформации и т.п. возникли остаточные напряжения.

Технология: температура нагрева 570. 600 0 С, выдержка 2. 3 часа, охлаждение вместе с печью со скоростью 30…40 0 С/ч. Отжиг для снятия сварочных напряжений производят при 650. 700 0 С.

Отжиг II рода (фазовая перекристаллизация). Цели отжига II рода:

– понижение твердости и улучшение обрабатываемости резанием;

– измельчениезерна;

– ослабление химической неоднородности;

– снятие внутренних напряжений.

Этот отжиг является подготовительной операцией для последующей обработки резанием и окончательной термообработки. Отжигу II рода подвергают отливки, поковки, прокат.

Различают следующие виды отжига II рода: полный, неполный, изотермический, сфероидизирующий и низкий.

Полный отжиг. Заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30. 50 0 С выше точки Ас₃, выдержке с последующим медленным охлаждением (вместе с печью). Скорость нагрева 70. 80 0 С/ч, время выдержки 4. 6 ч, охлаждение со скоростью 40. 50 0 С/ч. При таком охлаждении распад аустенита происходит в верхнем перлитном диапазоне температур, и образуется мелкодисперсная феррито-перлитная структура.

Полному отжигу подвергают стальные отливки, поковки ответственного назначения.

Неполный отжиг отличается только температурой нагрева и применяется для неответственных поковок с целью экономии топлива. Температура нагрева выше А_с1, но ниже А_с3.

Изотермический отжиг применяется, в основном, для легированных сталей с высокой устойчивостью переохлажденного аустенита.

Технология: нагрев до температуры Ас₃+(50…70 0 С), сравнительно быстрое охлаждение (путем переноса заготовки в другую печь) до температуры, лежащей ниже А₁ на 100. 150 0 С, в зависимости от характера кривой изотермического распада аустенита. При этой температуре назначается выдержка до полного распада аустенита, после чего следует охлаждение на воздухе. Основное преимущество этого отжига – сокращение продолжительности процесса, особенно для легированных сталей, которые необходимо очень медленно охлаждать для снижения их твердости (например, быстродействующие стали).

Сфероидизируюший отжиг применяется для получения зернистой формы избыточных карбидов, в основном для инструментальных сталей. Температура нагрева должна быть выше Ас₁, но ниже А_cm, с таким расчетом, чтобы в структуре аустенита сохранились мелкие частицы карбидов, которые при охлаждении играют роль центров кристаллизации с образованием зернистых частиц.

Технология сфероидизирующего отжига: стали, близкие к эвтектоидному составу, нагревают до 750. 760 0 С, заэвтектоидные – до 770. 790 0 С. Легированные заэвтектоидные стали нагревают до 780. 820 0 С. Охлаждение медленное (30. 50 0 С/ч) до 620. 680 0 С и выдержка в течение 3. 5 часов. Последующее охлаждение – на воздухе.

Низкий отжиг применяется, если после горячей обработки давлением (прокатки, ковки) охлаждение было ускоренным, в результате чего сталь приобрела структуру троостита, бейнита или даже мартенсита и, как следствие, высокую твердость. Для снижения твердости на металлургических заводах сортовой прокат подвергают нагреву до температуры 650. 680 0 С. В результате происходят процессы распада мартенсита или бейнита, коагуляция карбидов в троостите, и в итоге снижается твердость.

Нормализация.Это операция термообработки, состоящая в нагреве доэвтектоидной стали на 40. 50 0 С выше Ас₃ или заэвтектоидной стали выше А_cm, выдержке для завершения фазовых превращений с последующим охлаждением на спокойном воздухе. Цели нормализации – те же, что и при отжиге, однако нормализация – более высокопроизводительный процесс (печь освобождается и не охлаждается до низких температур, как это имеет место при отжиге). Охлаждение на воздухе со скоростью 250. 300 0 С/ч приводит к распаду аустенита при более низких температурах, чем при отжиге, поэтому нормализованная сталь имеет более мелкозернистую, более тонкодисперсную структуру, а, следовательно, и более высокую твердость и прочность. Однако результативность нормализации зависит от содержания в стали углерода. Малоуглеродистые стали (содержащие менее 0,25…0,3 %С) после отжига и после нормализации имеют практически одинаковые свойства, поэтому для этих сталей предпочтительнее нормализация. Среднеуглеродистые стали, особенно детали сложной формы, после нормализации подвергают релаксационному отжигу для снятия остаточных напряжений. Для устранения цементитной сетки, которая возникла в результате медленного охлаждения в интервале А_cm–А₁, после нормализации выполняется сфероидизирующий отжиг.

Закалка стали

Это операция термообработки, состоящая из нагрева стали до температуры выше критической, выдержки для завершения фазовых превращений и последующего охлаждения со скоростью больше критической скорости закалки.

Целью закалки является получение наибольшей твердости, что достигается мартенситным превращением. Закалка не является окончательной термообработкой, после закалки следует операция нагрева – отпуск.

Выбор параметров технологии закалки. Температура нагрева: доэвтектоидные стали нагревают на 20. 40 0 С выше точки Ас₃, эвтектоидные и заэвтектоидные – на столько же выше А_С1. В результате такого нагрева в доэвтектоидных и эвтектоидных сталях образуется аустенит, который при охлаждении превращается в мартенсит, и конечная структура стали после закалки: мартенсит и карбиды. Во всех случаях в структуре закаленной стали сохраняется остаточный аустенит.

Способ нагрева (скорость нагрева). Применяется три способа нагрева:

— вместе с печью. В этом случае изделие вместе с печью нагревается по тепловой мощности печи или со скоростью нагрева 150…200 0 С/ч.

Ориентировочно для более точного определения скорости нагрева можно пользоваться данными табл. 7;

— посадка в печь с температурой закалки. Скорость нагрева 250. 260 0 С/ч.

— скоростной нагрев – посадка в печь с температурой на 100. 120 0 С выше температуры закалки с последующим постепенным снижением температуры печи до температуры закалки. Скорость нагрева 650…680 0 С/ч.

Таблица 7 – Продолжительность нагрева различными

Нагревательное устройство	Продолжительность нагрева на 1 мм сечения или толщины изделия, с
Круглое	Квадратное	Прямоугольное
Электропечь	40…50	50…60	60…75
Пламенная печь	35…40	45..50	55…60
Соляная ванна	12..15	15..18	18…22
Свинцовая ванна	6…8	8…10	10…12

Продолжительность выдержки можно принять равной одной трети времени нагрева в часах.

Скорость охлаждения. Ее выбор определяется противоречивостью требований: с одной стороны, скорость охлаждения должна быть выше критической скорости закалки. Для обеспечения этого требования сталь при закалке охлаждают быстро. Но, с другой стороны, чем выше скорость охлаждения, тем больше внутренние напряжения, поэтому с этих позиций при закалке сталь желательно охлаждать как можно медленнее. В единстве этих противоположностей выбирается охлаждающая среда. Практически, изделия из углеродистых сталей охлаждают чаще всего в воде, из легированных – в минеральном масле.

Дата добавления: 2016-01-09 ; просмотров: 1426 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Одним из способов изменения параметров стали является термообработка. Она включает несколько методов, одним из которых является нормализация. Далее рассмотрены принципы и применение данной технологии, отличия ее от прочих методов этой группы.

Общие положения

Принцип большинства технологий термической обработки подразумевает нагрев и выдержку сталей и охлаждение, что изменяет их строение. Несмотря на один принцип и сходные цели, каждая из них имеет определенные температурные и временные режимы. Термообработка может служить и в качестве промежуточного этапа, и выполнять роль окончательного технологического процесса. В первом случае такие методы используются для подготовки материала к последующей обработке, а во втором данным способом придают новые свойства.

Нормализацией стали называют процесс нагрева, выдержки материала, его последующего охлаждения на воздухе.

В результате формируется нормализованная структура. Этим объясняется название данного способа обработки.

Нормализация применяется для разных сталей, а также отливок. К тому же данной операции подвергают для измельчения структуры материала сварные швы.

Принципы

Суть нормализации состоит в нагреве стали до температуры, превышающей верхние критические значения температуры на 30 — 50°С , выдержке и охлаждении.

Температуру подбирают на основе типа материала. Так, заэвтектоидные варианты следует нормализовать в температурном интервале между точками Ас₁ и Ас₃, в то время как для доэвтектоидной стали используют температуры более Ас₃. В результате все материалы первого типа приобретают одинаковую твердость ввиду того, что в раствор переходит одинаковое количество углерода, и фиксируется одинаковое количество аустенита. Получается состоящая из мартенсита и цемента структура.

Второй компонент способствует повышению износостойкости и твердости материала. Нагрев высокоуглеродистой стали более Ас₃ ведет к увеличению внутренних напряжений вследствие роста зерен аустенита и повышению его количества за счет возрастания концентрации углерода в нем, приводящей к снижению температуры мартенситного превращения. Из-за этого сокращаются твердость и прочность.

Что касается доэвтектоидной стали, при нагреве более Ас₃ она получает повышенную вязкость. Это обусловлено тем, что в низкоуглеродистой стали при этом образуется мелкозернистый аустенит, который после охлаждения переходит в мелкокристаллический мартенсит. Температуры между Ас₁ и Ас₃ не используют для обработки таких материалов, так как структура доэвтектоидной стали в данном случае получает феррит, снижающий ее твердость после нормализации и механические свойства после отпуска.

Оптимальные температуры нагрева при различных видах термообработки

Время выдержки определяет степень гомогенизации структуры. Нормативным показателем считают час выдержки на 25 мм толщины.

Интенсивность охлаждения в существенной степени определяет количество перлита и размеры пластин.

Так, существует прямая зависимость между данными величинами. То есть с повышением интенсивности охлаждения формируется больше перлита, расстояние между пластинами и их толщина сокращаются. Это увеличивает твердость и прочность нормализованной стали. Следовательно, низкая интенсивность охлаждения способствует образованию материала меньшей прочности и твердости.

К тому же при обработке предметов с большими перепадами сечения стремятся снизить термические напряжения во избежание коробления, причем и при нагреве, и при охлаждении. Так, перед началом работ их нагревают в соляной ванне.

При снижении температуры обрабатываемого изделия до нижней критической точки допустимо ускорение охлаждения путем помещения его в масло или воду.

Отпуск» используется после закалки для сокращения хрупкости и напряжений. Для этого материал нагревают до меньшей температуры и охлаждают на воздухе. С ростом температуры падают предел прочности и твердость, и увеличивается ударная вязкость.

Дисперсионное твердение, относящееся также к окончательной обработке, подразумевает выделение дисперсных частиц в твердом растворе после закалки при меньшем нагреве с целью упрочнения.

Благодаря криогенной обработке материал получает равномерную структуру и твердость. Такая технология особо актуальна для закаленной углеродистой стали.

Применение

Выбор какого-либо из рассмотренных способов обработки определяется концентрацией в стали углерода. Для материалов с величиной данного показателя до 0,2% предпочтительнее использовать нормализацию. Стали с количеством углерода 0,3 — 0,4% обрабатывают и нормализацией, и отжигом. В таких случаях выбор способа осуществляют на основе требуемых свойств материала. Так, нормализация стали придает ей мелкозернистую структуру, большие прочность и твердость в сравнении с отжигом. Кроме того, данная технология является более производительным процессом. Следовательно, при прочих равных условиях она более предпочтительна. Закалке ее предпочитают ввиду хрупкости получаемых таким способом изделий и при обработке предметов с перепадами сечения во избежание дефектов.

Таким образом, нормализацию можно считать промежуточной технологией по отношению к ним: она дает материал большей твердости, чем отжиг, но менее хрупкий в сравнении с закалкой, улучшая структуру и сокращая напряжения. Ввиду этого нормализация получила в машиностроении более обширное распространение.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

>