54. Нормализация. Дефекты при обжиге и нормализации
Термическую операцию, при которой сталь нагревают до температуры на 30—50 оС выше верхних критических точек при нагревании и охлаждении, выдерживают при этой температуре и охлаждают на спокойном воздухе, называют нормализацией. При нормализации уменьшаются внутренние напряжения, происходит перекристаллизация стали, измельчающая крупнозернистую структуру металла сварных швов, отливок или поковок. Нормализация стали по сравнению о отжигом является более коротким процессом термической обработки. Сплавы после нормализации приобретают мелкозернистую структуру и несколько большую прочность и твердость, чем при отжиге. Нормализацию применяют для исправления крупнозернистой структуры, улучшения обрабатываемости стали резанием, улучшения структуры перед закалкой.
В процессе отжига и нормализации могут возникнуть следующие дефекты: окисление, обезуглероживание, перегрев и пережог металла. Металл окисляется при взаимодействии поверхностей стальных деталей с печными газами. В результате на деталях образуется окалина — химическое соединение металла с кислородом. Образование окалины не только вызывает угар металла на окалину, но и повреждает поверхность деталей. Поверхность стали под окалиной получается разъеденной и неровной. Обезуглероживание, т.е. выгорание углерода с поверхности деталей, происходит при окислении стали. Обезуглероживание резко снижает прочностные свойства конструкционной стали. Обезуглероживание поверхности может вызвать образование закалочных трещин и коробление. Для предохранения деталей от окисления и от обезуглероживания при отжиге, нормализации и закалке применяют безокислительные газы, которые вводят в рабочее пространство печи.
При нагреве стали выше определенных температур и длительных выдержках в ней происходит быстрый рост зерен, ведущий к возникновению крупнокристаллической структуры. Это явление называют перегревом. Перегрев ведет к понижению пластических свойств стали. Перегрев металла может быть исправлен последующей термической обработкой — отжигом или нормализацией. Пережог получается в результате длительного пребывания металла в печи при высокой температуре, близкой к температуре плавления, физическая сущность пережога состоит в том, что кислород при высокой температуре проникает в глубь нагреваемого металла и окисляет границы зерен. В результате связь между зернами ослабевает, металл теряет пластичность и становится хрупким.
55. Термомеханическая обработка стали
Термомеханическая обработка — метод упрочнения стали при сохранении достаточной пластичности, совмещающий пластическую деформацию и упрочняющую термическую обработку (закалку и отпуск). При термомеханической обработке деформации подвергают сталь в аустенитном состоянии, а при последующем быстром охлаждении формирование структуры закаленной стали (мартенсита) происходит в условиях наклепа аустенита, в связи с чем и повышаются механические свойства стали. Пластическое деформирование при термомеханической обработке возможно прокаткой, ковкой, штамповкой и другими способами обработки металлов давлением. Различают следующие способы термомеханической обработки — высокотемпературную и низкотемпературную обработки (см. рисунок).
При высокотемпературной термомеханической обработке сталь нагревают выше точки Ас3, пластически деформируют при этой температуре (степень деформации 20—30%) и закаливают.
При низкотемпературной термомеханической обработке сталь нагревают выше точки Ас3, охлаждают до температуры относительной устойчивости аустенита, но ниже температуры рекристаллизации, пластически деформируют при этой температуре (степень деформации 75—95%) и закаливают. В обоих случаях после закалки следует низкий отпуск.
Высокотемпературной термомеханической обработке можно подвергать любые стали, а низкотемпературной обработке — только стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита (легированные стали). По сравнению с обычной закалкой после термомеханической обработки механические свойства получаются более высокими. Наибольшее упрочнение достигается после низкотемпературной термомеханической обработки (σв= 2800—3300 МПа, δ = 6%), после обычной закалки и низкого отпуска предел прочности σв не превышает 2000—2200 МПа и δ = 3—4%, где δ — относительное удлинение.
При термомеханической обработке стали повышение прочности объясняется тем, что в результате деформации аустенита происходит дробление его зерен. При последующей закалке из такого аустенита образуются более мелкие пластинки мартенсита, что положительно сказывается на пластических свойствах и вязкости стали.
