Часть I Отжиг углеродистой стали

Отжиг заключается в нагреве сталей до температур полной или частичной аустенитизации и последующем охлаждении с очень малой скоростью (V₁, см. рис. 2), при которой должен произойти распад аустенита на феритто-цементитную смесь. Учитывая то обстоятельство, что распад аустенита контролируется диффузией атомов углерода, охлаждение нужно производить медленно, с печью. Отжиг приводит сплав в устойчивое структурное состояние. В зависимости от состава стали (содержания углерода) производится выбор температур нагрева.

Рисунок 2. Диаграмма изотермического превращения углеродистой

эвтектоидной стали У8 (0,8 % С)

Назначение отжига.Отжиг применяют для измельчения зерна, снижения твердости и прочности, повышения пластичности и вязкости стали, улучшения ее обрабатываемости, снятия внутренних напряжений, а также для устранения структурной неоднородности и изменения физических свойств, для устранения пороков структуры, возникших после литья, горячей деформации, сварки и термообработки.

Выбор температур отжига. Отжиг с фазовой перекристаллизацией – заключается в нагреве доэвтектоидной стали выше А_С3, заэвтектоидной стали выше А_Сm с последующим медленным охлаждением (рис. 3). Если нагреть сталь выше Ас₁, но ниже Ас₃(Ас_m), то полной перекристаллизации не произойдет. Такая термическая обработка называется неполным отжигом. При отжиге состояние стали приближается к равновесному состоянию, т.е. структурой отжига является либо феррит и перлит (доэвтектоидные стали), перлит (эвтектоидная сталь), либо перлит и вторичный цементит (заэвтектоидные стали). Перлит имеет пластинчатое строение (рис. 4, а).

Отжиг доэвтектоидной стали. Наиболее часто доэвтектоидные стали подвергаютполному отжигу. Нагрев доэвтектоидной стали приполном отжигепроизводится до температур, на 3050⁰С выше критической точки Ас₃. При данных температурах формируется мелкое зерно аустенита («начальное зерно»). Охлаждение при отжиге проводят медленно (вместе с печью,V₁). Скорость охлаждения в зависимости от состава стали выбирается в пределах от 50 до 200⁰С/час. При таком замедленном охлаждении из аустенита формируется равномерная мелкозернистая феррито-перлитная структура.

Необходимость полного отжига для доэвтектоидной стали диктуется требованием провести фазовую перекристаллизацию всей структуры.

Рисунок. 3. Участок диаграммы железо – углерод и схема температур

нагрева при различных видах отжига и нормализации

Неполный отжигдоэвтектоидной стали проводят при нагреве до температур выше Ас_1, но ниже Ас₃. Этот отжиг для доэвтектоидных сталей применяют ограниченно. При температуре неполного отжига избыточный феррит не исчезает. Следовательно, неполный отжиг не может устранить некоторых пороков стали, которые связаны с нежелательными размерами и формой избыточного феррита.

Неполный отжиг доэвтектоидной стали используют для смягчения ее перед обработкой резанием, так как в результате эвтектоидного превращения при неполном отжиге образуется тонкопластинчатый перлит. Неполный смягчающий отжиг позволяет экономить время и снизить стоимость обработки.

а) б)

Рисунок 4. Микроструктура перлита: а – пластинчатого; б – зернистого

Отжиг заэвтектоидной стали.

Для заэвтектоидных сталейнаиболее часто применяюнеполный отжиг, который еще называютсфероидизацией, так как это – основной способ получения зернистого перлита. Он заключается в нагреве заэвтектоидной стали до температур не на много выше (на 10 – 30⁰С) критической точки Ас₁, выдержке и последующим медленным охлаждением. После нагрева в интервал Ас₁ – Ас₃ в аустените остается большое число нерастворившихся включений цементита, которые служат центрами кристаллизации во время распада аустенита при охлаждении. В результате образуется структура зернистого перлита (рис. 4, б). Сталь со структурой зернистого перлита обладает меньшей твердостью и прочностью, а, соответственно, более высокой пластичностью, она легче обрабатывается резанием. Кроме того, зернистый перлит является оптимальной исходной структурой перед закалкой. Повышение температуры отжига до более высоких значений приводит при последующем охлаждении к образованию пластинчатого перлита и как следствие, к росту твердости. На зернистый перлит обрабатывают инструментальные и подшипниковые стали.

Полный отжигдля заэвтектоидных сталей с нагревом выше Ас_m(линияES) вообще не используют, так как при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита по границам зерен, что ухудшает механические свойства стили.