Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Время выдержки устанавливается по диаграмме изотермического превращения аустенита для данной стали; оно колеблется обычно в пределах от 2 до 5 час. По окончании выдержки изделия вынимают из печи и охлаждают на воздухе. Продолжительность изотермического отжига в 2 - 3 раза меньше обычного, кроме того, структура стали получается более однородной, так как процесс превращения аустенита протекает при постоянной температуре. Схема изотермического отжига стали приведена на рис. 57. Изотермический отжиг применяется в основном для легированной стали. Следует, однако, иметь в виду, что после изотермического отжига твердость стали получается более высокой, чем при обычном отжиге.
ОТЖИГ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗЕРНИСТОГО ЦЕМЕНТИТА.
Этот вид отжига преследует цель изменить строение цементита: вместо пластинчатого
Рис. 58. График маятникового отжига эвтектоидной стали.
Рис. 57. Схема изотермического и обычного отжига.
50
получить цементит зернистой формы (см. рис. 33 и 34). Такому отжигу в основном подвергаются инструментальные стали. Что же достигается изменением формы цементита? Во-первых, уменьшается твердость стали и, следовательно, облегчается ее обработка на станках. Твердость по Бринеллю (Hg) эвтектоидной стали с зернистым цементитом на 50 - 60 единиц меньше, чем стали с пластинчатым цементитом. При пластинчатом цементите режущий инструмент должен перерезать твердые пластинки цементита, а при зернистом цементите инструмент чаще всего проходит по мягкому ферриту. Повышается также режущая способность инструмента, так как при зернистой форме цементит более равномерно распределяется в структуре закаленной стали. Во-вторых, сталь с зернистым цементитом менее склонна к трещинам и короблению при закалке. Отжиг с целью получения зернистого цементита осуществляется по следующему режиму: сталь нагревается до температуры Aci + 20±30° (примерно до 750°), выдерживается при этой температуре в течение 4-10 час. и затем очень медленно (со скоростью не более 40 - 50° в час) охлаждается с печью до температуры 600 - 650°. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры можно производить на воздухе. Следует иметь в виду, что при нагреве стали выше температуры Aci + 20±30° цементит может раствориться в аустените, и тогда цель отжига не будет достигнута, так как после охлаждения получится цементит пластинчатой формы. Для ускорения процесса отжига иногда применяют так называемый маятниковый отжиг: сталь нагревается до температуры 750° и после небольшой выдержки медленно охлаждается вместе с печью до 680 - 700°, затем снова нагревается до 750° и опять охлаждается до 680 - 700°. Так делают 3-4 раза. График маятникового отжига приведен на рис. 58. Процесс маятникового отжига сложнее обычного, но зато он дает значительную экономию времени.
ОТЖИГ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ СТАЛИ.
Этому виду отжига обычно подвергаются стальные слитки крупных размеров, претерпевающие при затвердевании значительную ликвацию. Ликвацией называется неоднородность стали по химическому составу как в отдельных частях слитка (зональная ликвация), так и внутри отдельных кристаллов (внутрикристаллическая, или дендритная, ликвация). В стали особенно сильно ликвируют сера и фосфор. Ликвация неблагоприятно влияет на свойства стали, особенно заметно она снижает ударную вязкость поперечных образцов. Образовавшаяся зональная ликвация практически не может быть устранена. Внутрикристаллическую ликвацию можно значительно ослабить при помощи отжига, который осуществляется по следующему режиму: сталь нагревают до температуры 1100 -1150°, выдерживают при этой температуре 10-15 час. и затем медленно охлаждают с печью до 200°; дальнейшее охлаждение производят на воздухе. При высокой температуре атомы серы, углерода и других элементов стали становятся более подвижными и медленно перемещаются от зон, где они содержатся в большом количестве, к зонам, где этих элементов меньше. Таким образом, при указанном отжиге протекает процесс диффузии, в результате которого происходит выравнивание химического состава стали. Поэтому такой отжиг называют еще диффузионным. В результате длительной выдержки при высокой температуре сталь приобретает крупнозернистое строение, что легко устраняется в процессе дальнейшей ковки или прокатки слитка. Если химическая неоднородность стали не очень значительна, то она устраняется при горячей обработке слитка давлением без предварительного его отжига. Диффузионный отжиг находит применение в основном на металлургических заводах, где получают стальные слитки. Такому отжигу подвергаются также и некоторые стальные отливки, однако после диффузионного отжига они должны непременно подвергаться повторному отжигу для придания стали мелкозернистой структуры.
51
ОТЖИГ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В СТАЛИ.
Напряжения, которые образуются в изделиях без воздействия на них внешних сил, называются внутренними напряжениями. Образование внутренних напряжений может происходить при затвердевании отливок, при сварке и других процессах. Очень часто внутренние напряжения возникают при термической обработке изделия вследствие неравномерного нагревания его и охлаждения. При неравномерном охлаждении наружные слои изделия, охлаждающиеся быстрее, будут уменьшаться в объеме и сжимать внутренние слои, которые еще не успели остыть и поэтому будут препятствовать сжатию наружных слоев. Особенно большие внутренние напряжения возникают при термической обработке изделий крупных сечений и сложной формы. Такое напряженное состояние металла нежелательно, так как достаточно внутренним напряжениям в какой - либо небольшой зоне превысить предел прочности стали, как образуется трещина. Вредные внутренние напряжения можно снять с изделия при помощи отжига. Такой отжиг не требует высокой температуры нагрева. Изделие нужно нагреть до такой температуры, при которой проявились бы пластические свойства стали: сжатые слои растянулись, а растянутые -сжались. Чтобы эти процессы совершились, достаточно нагреть изделие до температуры 500
