Матеріалознавство

З метою підготовки структури сталевих заготовок, надання потрібних вимог міцності, твердості та пластичності чи формування  певного комплексу характеристик, в умовах виробництва застосовують різні види та технології термічної та хіміко-термічної обробки.

Основними видами термічної обробки, що по-різному змінюють структуру та властивості сталій і які призначають в залежності від потреб до напівфабрикатів (виливки, поковки, прокат тощо) чи готових виробів, є відпалювання, нормалізація, гартування та відпущення.

 

 

14.1. Відпалювання.

В залежності від температури нагріву, умов охолодження та отриманих структури і властивостей застосовують різні види відпалювання, схеми яких дані на рис. 17.

 

 

 

 

Рисунок 17. – Діаграма стану Fe – Fe3C з температурними інтервалами відпалювання.

 

1 – гомогенізація.  Використовують для литих заготовок з легованої сталі, з метою зменшення дендритної чи внутрішньокристалічної ліквації, яка збільшує схильність сталі до крихкого зламу, знижує пластичність і в’язкість. Нагрівають до t ~ 1100 – 1200°С, охолоджують до 800°С в печі а далі на повітрі.

2 – низькотемпературне відпалювання для зниження твердості та рекристалізаційне відпалювання. Відпущення для зниження твердості нерівноважної структури після прокатки використовують для високолегованих сталей. При цьому покращується оброблюваність, за рахунок сфероїдизації карбідів. Рекристалізаційне відпалювання використовують як проміжну операцію для знімання наклепу при холодному деформуванні. Режим: нагрівають до t ~ 650 – 700°С , охолоджують на повітрі.

3 – відпалювання для знищення напружень. Цьому виду відпалювання піддають виливки, зварені вироби, деталі після обробки різанням, правки, в яких  виникають  внутрішні  (залишкові)  напруження.  Режим:  до t  ~  550  –

650°С,  охолодження разом з піччю.

4 – повне відпалювання з фазовою перекристалізацією. Цей вид відпалювання є підготовчою термічною обробкою. Відпалу піддають виливки, поковки, сортовий і фасонний прокат, труби, листи тощо для зниження міцності, твердості, покращення оброблюваності середньовуглецевої та високовуглецевої сталі , подрібнення зерна, усунення структурної неоднорідності та внутрішніх напружень. Режим: нагрівання до  t ~  АС3  + (30 – 50°С), охолодження разом з піччю.

 

5 – нормалізація доевтектоїдних сталей. Цей вид відпущення часто заміняє гартування з відпущенням. Нормалізація визиває повну фазову перекристалізацію, тому отримана структура є дисперсною, що збільшує опір крихкому руйнуванню, знижує поріг холодноламкості; забезпечує гарну оброблюваність; дозволяє отримати оптимальне сполучення міцності і пластичності вуглецевих та легованих сталей. Режим: нагрівання до t ~ АС3 + (50 –

70°С), охолодження прискорене, на повітрі чи обдувом.

6 – нормалізація заевтектоїдних сталей застосовується для усунення цементитної сітки;

7 – сфероїдизація. Застосовують для заевтектоїдних вуглецевих та легованих сталей з метою отримання зернистої (сфероїдальної)   форми перліту, замість пластинчатої. Сталь з зернистим перлітом має трохи меншу твердість і міцність, але набуває гарної оброблюваності різанням, тобто можливе використання  великих швидкостей різання і отримання високої чистоти поверхні. Режим: нагрівання до t ~ 750 – 780°С, охолодження до 620 – 680°С в печі, а далі на повітрі.

8 – неповне відпалювання. Використовують для покращення оброблюваності різанням конструкційних вуглецевих та легованих сталей. Режим: нагрів до t ~ АС1 + 50°С, охолодження до 600°С разом з піччю, а даль на повітрі.

 

 

14.2. Гартування та відпущення сталі.

Гартування полягає в нагріві сталі на 30 – 50°С вище лінії АС3 для доевтектоїдних сталей чи вище лінії АС1 для заевтектоїдних сталей; витримці для завершення фазових перетворень и подальшому охолодженню зі швидкістю більшою за критичну. Для вуглецевих сталей охолодження проводять частіше у воді, а для легованих – в маслі чи інших середовищах. Щоб зменшити крихкість і напруження, що викликаються гартуванням, і отримати потрібний комплекс механічних властивостей, сталі після гартування обов’язково піддають відпущенню.

Конструкційні сталі в основному піддають гарту для підвищення міцності, твердості, отримання достатньої в’язкості, інструментальні сталі гартують з метою надання твердості, різальних властивостей, зносостійкості.

Вибір температурного режиму при гартування залежить від хімічного складу сталі, структури  та кінцевого комплексу вимог, які ставляться до неї.

Доевтектоїдні сталі нагрівають на 20 – 30°С вище точки АС3. В цьому разі сталь з вихідною структурою Ф + П(Ф+Fe3C) набуває гомогенну структуру аустеніту, яка при охолодженні з надкритичною швидкістю перетворюється в мартенсит (рис 18).

Заевтектоїдні сталі нагрівають при гартуванні до t ~(30 – 50°С) + А1, при цьому в структурі крім аустеніту зберігається деяка кількість цементиту. Після охолодження структура сталі буде складатися з мартенситу і нерозчинених часток карбідів, які мають високу твердість.

 

Леговані сталі нагрівають до температур більших за звичайні, для більш повного розчинення легуючих елементів і отримання легованого аустеніту.

 

 

Рисунок 18. – Схема гартування сталі

 

Тривалість нагріву при гартування повинна забезпечувати прогрівання виробу по перерізу і завершення фазових перетворень, але не повинна приводити до зростання зерен і зневуглецювання поверхневих шарів сталі. З метою запобігання останнього застосовують нагрівання в захисній чи інертній атмосфері.

Охолодження при гартуванні повинно забезпечити отримання структури мартенситу в межах потрібного перерізу виробу, при цьому не повинно визивати гартувальних дефектів: тріщин, деформацій, викривлення та високих залишкових напружень. Швидкість охолодження повинна бути над критич-