Свойства металлов и сплавов зависят не только от химического состава, но и от структуры. С помощью термической обработки ( нагрева до определенной температуры, выдержки при этой температуре и подбором различных скоростей охлаждения ) можно получить ту или иную структуру (рис. 1.36).
Из диаграммы Fe — C видно, что в результате медленного охлаждения доэвтектоидные стали приобретают структуру феррита и перлита, а заэвтектоидные — перлита и вторичного цементита.
Критическими точками называют температурные .точки, при которых происходят эти превращения:
- точки Ас 1, Аr 1 на линии РSK;
- точки Ас2, Аr2 на линии MO;
- точки Ас3, Аr3 на линии GOS;
- точки Ас4, Аr4 на линии HJB;
- точки Асm на линии SE.
(На рис 1.29. представлена упрощенная диаграмма; фактически же в верхней части ее около точки А и внизу около точки Р наблюдается более сложная картина, поэтому некоторые вышеуказанные линии на ней не показаны.)
Приняты обозначения для линий нагрева -Ас и охлаждения — Аr. Выше этих точек сплав будет находиться в одной фазе, а ниже – в другой. При этом изменения фаз ниже линий Аr происходят в твердом состоянии сплава.
Имеется несколько видов термической обработки:
1. Рекристаллизационн-обыкновенного качества отжиг ( отжиг I рода ) ,в сплавах отсутствуют фазовые превращения. Применяется для снижения внутренних напряжений, уменьшения твердости и повышения пластичности после холодной обработки.
2. Отжиг с фазовой перекристаллизацией ( отжиг II рода ). Температура нагрева выше температуры фазовых превращений, поэтому происходят фазовые изменения. Охлаждение ведется медленно. Получают мелкозернистую структуру, снимают внутренние напряжения.
3. Закалка. Нагрев выше температуры фазовых превращений и очень быстрое охлаждение. В результата фиксируются фазы и структуры, характерные для высоких температур. Прочность и твердость повышается, но структуры находятся в неравновесном состоянии.
4. Отпуск. Нагрев ниже температуры фазовых превращений с целью приближения к устойчивому равновесному состоянию. Увеличивается пластичность, но снижается твердость и прочность.
5. Химико — термическая обработка – насыщение сплавов углеродом C, азотом N, серой S и другими химическими элементами путем выдержки сплавов в газовых, жидких или твердых средах.
Диффузионный отжиг 1 рода устраняет химическую неоднородность в слитках и отливках; металл нагревается до температуры Тн, составляющей 80…90% температуры плавления Тпл.
Рекристаллизационный отжиг устраняет наклеп нагревом металла до температуры Тн =(0,2…0,6) Тпл. Он необходим для подготовки заготовок из проката для последующей механической обработки при изготовлении деталей..
Отжиг необходим для уменьшения остаточного напряжения в отливках, сварных конструкциях и после механической обработки. Он предотвращает коробление и стабилизирует размеры детали.
Нормализация это нагрев стали на 30 ..50 °С выше критических точек Ас3 и Ас4 ,выдержка необходимое время и более быстрое охлаждение на воздухе, чем при отжиге, поэтому получается более мелкозернистый перлит, выше прочность и твердость металла. Охлаждение детали при отжиге проводится более медленно (деталь охлаждается вместе с печью) , чем при нормализации (деталь охлаждается на воздухе).
Отпуску подвергают закаленную сталь для повышения её вязкости и пластичности при некотором уменьшении твердости и прочности (рис. 1.38). Нагревают деталь до температуры ниже Ас1 и охлаждают на воздухе.
Низкий отпуск (150 … 250 °С) проводится для изделий, обладающих высокой твердостью (режущие инструменты: напильники, метчики, плашки,…). Средний отпуск (350 … 400 °С) необходим для изделий, обладающих высокой упругостью и прочностью при достаточной вязкости (пружины, рессоры,…). Высокий отпуск (450 … 650 °С) дает наиболее вязкую структуру, но наименьшую твердость и прочность. (валы, шестерни и другие детали). Для легированных сталей температура отпуска подбирается более высокой , чем для углеродистых сталей.
Закалка сталей
Закалка и отпуск проводятся в комплексе с целью повышения механической прочности и твердости и сохранения достаточно вязкой структуры.