Термическая обработка стальных поковок. Отжиг, нормализация, закалка и отпуск

By | 16 августа, 2011

Термическая обработка стальных поковок.

В кузнечном производстве при изготовлении стальных поковок используют в основном один или два из четырех видов термической обработки, к которым относятся отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Следует отметить, что различные стали имеют свои определенные режимы термической обработки.

Отжиг

Отжиг выполняют путем нагрева металла до температуры фазовых превращений и последующего медленного охлаждения. После отжига структуры стали соответствуют диаграмме железо — углерод: доэвтектоидные стали (С < 0,8 %) будут иметь структуру феррит + перлит, эвтектоидные (С = 0,8 %) — перлит, заэвтектоидные (С > > 0,8 %) — перлит + цементит. Фазовая перекристаллизация при отжиге измельчает зерно, снимает внутренние напряжения, возникшие при ковке, и уменьшает структурную неоднородность. В результате отжига снижаются прочность и твердость металла, увеличивается его пластичность, повышается обрабатываемость резанием. Отжиг обычно применяют при обработке поковок из сталей с высоким содержанием углерода и легирующих элементов. При многопереходной холодной пластической деформации с помощью отжига снимают упрочнение, полученное металлом в процессе промежуточных операций, и восстанавливают пластичность металла перед последующей холодной обработкой давлением.

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидных сталей до температуры, на 30 … 50 ° С превышающей температуру перехода стали в аустенитное состояние, выдержке при этой температуре до полного прогрева заготовки и в последующем медленном охлаждении в печи. Время нагрева и выдержки зависит от марки стали, формы и размеров сечения поковок или заготовок, типа печи и способа укладки заготовок в ней. Поковки из углеродистых сталей охлаждают со скоростью 50 . . . 150 град/ч, а поковки из легированных сталей — значительно медленнее (20 … 60 град/ч). Полному отжигу подвергают поковки для максимального уменьшения твердости и прочности металла и повышения его пластичности. Если полный отжиг выполняют для снятия напряжений в поковках сложной формы, то медленное охлаждение ведут почти до температуры цеха. В других случаях поковки медленно охлаждают в печах до 500 . . . 600 ° С с последующим охлаждением на воздухе.

Неполный отжиг (в отличие от полного) осуществляют путем нагрева поковок до температуры несколько выше 723 ° С. Для доэвтектоидных сталей неполный отжиг выполняют для снятия напряжений и улучшения обрабатываемости резанием поковок, ковка которых была выполнена в установленном температурном интервале без образования крупнозернистой структуры. Заэвтектоидные стали, как правило, подвергают неполному отжигу, при котором происходит полная перекристаллизация, пластинчатый перлит принимает зернистую структуру, а сталь становится пластичной и имеет низкую твердость.

Нормализация

Нормализацию применяют, как правило, для устранения в поковках крунозернистой структуры, образовавшейся в результате вынужденного или случайного увеличения времени нахождения заготовок в печи или в случае окончания ковки при слишком высокой температуре .

Нормализация заключается в нагреве сталей до температуры, на 50 … 60 ° С превышающей температуру перехода стали в аустенитное состояние, непродолжительной выдержке и охлаждении на воздухе.

Нормализация низкоуглеродистых сталей обеспечивает получение более чистой поверхности при резании. Для среднеуглеродистых сталей она заменяет закалку с высоким отпуском и снижением коробления формы поковки. Для исправления структуры легированных сталей часто вместо отжига применяют нормализацию с последующим высоким отпуском при 600 … 650 ° С.

Закалка

Закалкой называют операцию нагрева до температуры, на 30 … 70 ° С превышающей температуру перехода стали в аустенитное состояние, и охлаждения в воде, масле или другой среде с соответствующей для данной стали скоростью. Время выдержки при температуре закалки должно быть достаточным для завершения полного фазового превращения в металле.

Кузнецы часто выполняют закалку сразу по окончании ковки без дополнительного нагрева. Очевидно, что зто возможно лишь в том случае, если температура поковки по окончании ковки не ниже температуры закалки.

Закалка не является окончательной термической обработкой, так как сталь становится не только прочной, но и очень хрупкой, а в поковке возникают большие закалочные напряжения. Они достигают такого значения, что из-за низкой пластичности металла приводят либо к образованию в поковках трещин, либо к разрушению детали в самом начале ее эксплуатации. Кузнечный инструмент, например молоток, подвергнутый только закалке, не может быть использован по своему назначению, так как при выполнении удара от него будут откалываться кусочки твердого металла.

Вследствие этого для снижения закалочной хрупкости и внутренних напряжений, а также для приобретения требуемых высоких прочностных свойств поковки после закалки подвергают отпуску. Конструкционные стали закаливают и подвергают отпуску для повышения предела прочности, твердости при достаточных показателях пластичности и ударной вязкости, а инструментальные стали — для придания инструменту высоких твердости и изностостойкости.

Отпуск

Отпуск является окончательным видом термической обработки. Он заключается в нагреве закаленной стали до некоторой температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении, как правило, на воздухе. В процессе отпуска структурных превращений в металле не происходит, но снижаются закалочные напряжения, несколько уменьшаются твердость и прочность, повышаются пластичность и ударная вязкость. Чем выше температура отпуска, тем больше снижается твердость закаленной стали и повышается ее вязкость.

В зависимости от марки стали и требований, предъявляемых к твердости и прочности детали, применяют три вида отпуска: высоко-, средне- и низкотемпературный (сокращенно их называют соответственно высоким, средним и низким).

Низкий отпуск проводят с нагревом до 150 . . . 250 ° С с целью снижения внутренних напряжений без уменьшения твердости закаленной стали (до HRC3 59 . . . 65). Однако после такого отпуска детали не воспринимают динамических нагрузок, поэтому низкий отпуск используют для обработки режущего и измерительного инструмента из углеродистых и низкоуглеродистых сталей.

Средний отпуск выполняют при 350 .. . 500 ° С и применяют для пружин и рессор, так как он обеспечивает получение стали с небольшим пределом упругости и повышенной вязкостью при твердости HRC3 41 …51.

Высокий отпуск, осуществляемый при 500 . . . 680 ° С, почти полностью ликвидирует закалочные напряжения, повышает пластичность и ударную вязкость, однако заметно снижает прочность и твердость стали. Закалка с высоким отпуском по сравнению с отжигом одновременно повышает пределы прочности и текучести, относительное сужение и ударную вязкость.

Термообработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением; она создает наилучшее соотношение между прочностью и вязкостью стали. Улучшению подвергают, как правило, конструкционные стали с содержанием углерода 0,3 … 0,5 %.

Кузнецы ручной ковки при изготовлении слесарного, кузнечного или измерительного инструмента часто применяют закалку и отпуск с одного нагрева. Такую операцию, называемую также закалкой с самоотпуском, выполняют следующим образом. Нагретую под закалку поковку охлаждают в воде или масле не полностью, а до температуры, несколько превышающей температуру отпуска. Извлеченную из закалочной среды поковку выдерживают на воздухе до появления на ее поверхности, предварительно обработанной на наждачном камне, соответствующего цвета побежалости. После этого поковку окончательно охлаждают в масле или воде. Определить примерную температуру поковки можно по цвету побежалости, пользуясь их следующим соответствием: 350 . . . 330 ° С — светло-серый; 320 ° С — сине-васильковый; 250 ° С — красно-коричневый; 240 0 С — коричневый; 280 ° С — фиолетовый; 260 ° С — пурпуровый; 230 ° С — золотистый; 220 ° С — светло-желтый.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *