Отжиг II рода (фазовая перекристаллизация)

Отжиг II рода заключается в нагреве стали до температур выше точек А₁ или А₃, выдержке и, как правило, последующем медленном охлаждении. В процессе нагрева и охлаждения, в этом случае, протекают фазовые превращения, определяющие структуру и свойства стали.

После отжига углеродистой стали получаются структуры, указанные на диаграмме состояния железо- цементит - феррит + перлит в доэвтектоидных сталях; перлит - в эвтектоидной стали; перлит и вторичный цементит - в заэвтектоидных сталях. После отжига сталь имеет низкую твердость и прочность при высокой пластичности. При фазовой перекристаллизации измельчается зерно и устраняется видманштеттовая структура, строчечность, вызванная ликвацией, и другие неблагоприятные структуры стали. В большинстве случаев отжиг является подготовительной термической обработкой; отжигу подвергают отливки, поковки, сортовой и фасонный прокат, трубы, горячекатаные листы и т. д. Понижая прочность и твердость, отжиг облегчает обработку резанием средне- и высокоуглеродистой стали. Измельчая зерно, снимая внутренние напряжения и уменьшая структурную неоднородность, отжиг способствует повышению пластичности и вязкости по сравнению со свойствами, полученными после литья, ковки и прокатки. В некоторых случаях (например, для многих крупных отливок) отжиг является окончательной термической обработкой.

Различают следующие виды отжига: полный, изотермический и неполный.

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30 - 50ºС выше температуры, соответствующей точке Ас₃, выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении.

При нагреве до температуры выше точки Ас₃, на 30 - 50ºС образуется аустенит, характеризующийся мелким зерном, поэтому при охлаждении возникает мелкозернистая структура, обеспечивающая высокую вязкость и пластичность и возможность достижения высоких свойств после окончательной термической обработки.

Чрезмерное повышение температуры нагрева выше точки Ас₃ вызывает рост зерна аустенита, что ухудшает свойства стали. Время нагрева и продолжительность при заданной температуре зависят от типа нагревательной печи, способа укладки изделий в печь, от высоты садки, типа полуфабриката (лист, сортовой прокат и т.д.).

Изотермический отжиг. В этом случае сталь, обычно легированную, нагревают как и для полного отжига и сравнительно быстро охлаждают до температуры, лежащей ниже точки Ar₁ (обычно 660 - 680ºС). При этой температуре назначают изотермическую выдержку 3 - 6 ч, необходимую для полного распада аустенита, после чего следует более ускоренное охлаждение, вплоть до охлаждения на воздухе.

Одно преимущество изотермического отжига - в сокращении длительности процесса, особенно для легированных сталей, которые для заданного снижения твердости приходится охлаждать очень медленно. Для наибольшего ускорения процесса температуру изотермической выдержки выбирают близкой к температуре минимальной устойчивости переохлажденного аустенита в перлитной области.

Другое преимущество изотермического отжига заключается в получении более однородной феррито-перлитной структуры; при изотермической выдержке температура по сечению изделия выравнивается и превращение по всему объему стали проходит при одинаковой степени переохлаждения. Для некоторого укрупнения зерна и улучшения обработки резанием температуру отжига принимают 930 - 950ºС.

Нагрев осуществляют в проходных печах с контролируемой атмосферой. Изотермическому отжигу чаще подвергаются поковки (штамповки) и сортовой прокат из цементуемой легированной стали небольших размеров.

При отжиге больших садок (20 - 30 т и более) быстрое и равномерное охлаждение до температуры изотермической выдержки невозможно. Превращения в от- дельных участках садки протекают при разных температурах, что приводит к неравномерной структуре и твердости в пределах одной садки, поэтому для таких садок изотермический отжиг обычно не применяется.

Патентирование. Пружинная (канатная) проволока из стали, содержащей 0,65 - 0,9 % С, перед холодным волочением поступает на изотермическую обработку - патентирование; ее подвергают высокотемпературной аустенитизации для получения однородного аустенита, а затем пропускают через расплавленную соль с температурой 450 - 550 ºС. В результате изотермического распада аустенита образуется тонкопластинчатый троостит или сорбит. Такая структура позволяет при холодной протяжке давать большие обжатия (более 75 %) без обрывов и после заключительного холодного волочения получить высокую прочность (σ_в = 2000 - 2250 МПа).

Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (немного выше точки Ас₁). Неполный отжиг доэвтектоидных сталей применяют для улучшения обрабатываемости их резанием. При неполном отжиге происходит частичная перекристаллизация стали вследствие превращения П→А без превращения избыточного феррита. Такой отжиг конструкционных легированных сталей проводят при 750 - 770ºС с последующим охлаждением со скоростью 30 - 60º С/ч (чем выше легированность стали, тем медленнее охлаждение) до 600 ºС, далее на воздухе.

Сфероидиэация. Неполному отжигу подвергают заэвтектоидные углеродистые и легированные стали. Нагрев этих сталей проводят немного выше точки Ас₁ (обычно на 10 - 30ºС), что вызывает практически полную перекристаллизацию и позволяет получить зернистую (сфероидальную) форму перлита вместо пластинчатой. Такой отжиг называют сфероидизацией.

Отжиг нормализационный (нормализация). Нормализация заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температуры, превышающей точку Ас₃ на 40 - 50ºС, заэвтектоидной выше А₁ также на 40 - 50ºС, непродолжительной выдержке для прогрева садки и завершения фазовых превращений и охлаждений на воздухе. Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали, и устраняет крупнозернистую структуру, полученную при литье или прокатке, ковкеили штамповке.

Нормализацию широко применяют для улучшения свойств стальных отливок вместо закалки и отпуска. Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что повышает дисперсность феррито-цементитной структуры и увеличивает количество перлита или точнее сорбита или троостита. Это повышает прочность и твердость нормализованной средне- и высокоуглеродистой стали по сравнению с отожженной.

Нормализация горячекатаной стали повышает ее сопротивление хрупкому разрушению, что характеризуется снижением порога хладноломкости и повышением работы развития трещины.

Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. При повышении твердости нормализация обеспечивает большую производительность при обработке резанием и получение более чистой поверхности. Для отливок из среднеуглеродистой стали, нормализацию с высоким отпуском применяют вместо закалки и высокого отпуска. В этом случае механические свойства несколько ниже, но детали будут подвергнуты меньшей деформации по сравнению с получаемой при закалке, и вероятность появления трещин практически исключается.

Нормализацию с последующим высоким отпуском (600 - 650ºС) часто используют для исправления структуры легированных сталей вместо полного отжига, так как производительность и трудоемкость этих двух операций выше, чем одного отжига.

Нагрев под нормализацию сортового горячекатаного проката (диаметром 13 - 15 мм) из конструкционной легированной стали нередко проводится на специальных установках током высокой частоты.

Противофлокенная термическая обработка. Флокены представляют собой тонкие трещины округлойи овальной формы, возникающие вследствие структурных напряжений в стали, насыщенной водородом (более 2 см³ на 100 г металла). Чаще флокены образуются в процессе охлаждения стали после горячей деформации.

Наиболее склонны кфлокенообразованию легированные конструкционные и инструментальные стали, подшипниковые и реже углеродистые стали.

Для предотвращения образования флокенов необходимо удалить водород из стали в жидком состоянии путем вакуумирования или специальной противофлокенной термической обработкой.

Противофлокенной термической обработке подвергают блюмы, слябы (при прокатке на лист толщиной (40 мм) или слябы и листы (при конечной толщине листа 40 мм), крупный сортовой прокат и крупные поковки из легированных сталей.

В зависимости от состава стали существует много режимов противофлокенной термической обработки. Все режимы противофлокенной обработки направлены на удаление водорода из твердого раствора в интервале температур, в котором скорость его диффузии в α-фазе максимальна при повышенной пластичности металла (640 - 680ºС).

В процессе изотермической выдержки при 640 - 660ºС протекает распад аустенита по перлитному механизму и одновременно диффузия атомов водорода к границам микропор и другим несплошностям металла. При последующем медленном охлаждении или выдержке при 200 - 50ºС (крупные поковки размером 800 - 1000 мм) атомы водорода отделяются от границ пор в сами поры с образованием молекул водорода, которые, уже, не будучи в твердом растворе, не оказывают охрупчивающего влияния и по разным микроканалам или субмикронесплошностям выходят из металла в атмосферу. Эти процессы и уменьшают флокеночуствительность.

Поиск по сайту: