Практика отжига и нормализация

Для получения равновесного состояния (наименьших внутренних напряжений, наилучшей обрабатываемости и наименьшей твёрдости), устранения ликвации, а также для уменьшения размера зерна применяют такие виды термической обработки, как отжиг и нормализация.

В зависимости от поставленной цели различат следующие виды отжига (рис. 15).

Рис. 15. Положение на диаграмме «железо – цементит» температурных

интервалов различных видов отжига

Полный отжиг (на мелкое зерно) преследует основную цель – уменьшить размер зерна, полученный в результате предшествующей обработки. Известно, что зерно растёт при нагреве выше Ас₃ , поэтому выбор температуры нагрева является основным.

Температура нагрева при полном отжиге равна t_н = Ас₃+ (30…50) °С для доэвтектоидных сталей. Для заэвтектоидных сталей полный отжиг не применяется. Скорость охлаждения на размер зерна аустенита влияния не оказывает, поэтому в целях повышения производительности нагревательных печей и экономичности процесса после такого нагрева охлаждение может происходить не с печью, как при отжиге, а на воздухе. То есть взамен отжига на мелкое зерно можно производить нормализацию.

Для малоуглеродистых конструкционных сталей этот метод не годен, так как охлаждение на воздухе не вызывает повышения твердости малоуглеродистой стали. У среднеуглеродистых конструкционных сталей нормализация способствует некоторому повышению твердости.

Неполный отжиг проводят для получения минимальной твердости и наилучшей обрабатываемости режущим инструментом. На твердость стали оказывает влияние скорость охлаждения, а не температура нагрева (если она превышает критическую), поэтому для неполного отжига температура может выбираться выше Ас₁:

t_н = Ас₁+ (30…50) °С.

Неполный отжиг заэвтектоидной стали называют сфероидизацией, так как при этом получают в структуре зернистый перлит. Скорость охлаждения должна быть минимальной, поскольку чем ниже скорость охлаждения, тем ниже будет твердость. По этой причине охлаждение производят вместе с печью, отключив подачу топлива в нее. И только при достижении температуры 300 °С и ниже можно извлекать детали из печи. Естественно, такая обработка дороже полного отжига.

Гомогенизирующий (диффузионный) отжиг проводится для устранения ликвации, возникшей при получении литых слитков или деталей, и прежде всего устранения дендритной ликвации. Устраняется ликвация диффузией, активность которой зависит от температуры нагрева, поэтому температуру нагрева при этом виде отжига выбирают равной 1100…1200 °С. Выдержка при этой температуре должна быть большой, так как от этого будет зависеть результат диффузии. Обычно выдерживают 10...15 ч. Скорость охлаждения на результат диффузии влияния оказывать не будет, поэтому охлаждать можно на воздухе. Высокая температура нагрева будет способствовать интенсивному росту зерна. Для уменьшения размера зерна после гомогенизации рекомендуется проводить отжиг на мелкое зерно или нормализацию.

Низкий отжиг (для снятия внутренних напряжений) проводят для устранения внутренних напряжений, возникших в деталях в результате предшествующей обработки (в отливках, сварных изделиях, деталях после обработки резанием и др.). Отжиг стальных изделий для снятия напряжений проводится при температуре 160…700 °С с последующим медленным охлаждением с печью. Например, многие детали прецизионных станков (ходовые винты, высоконагруженные зубчатые колеса, червяки и др.) нередко проходят отжиг после основной механической обработки при 570...600 °С в течение 2...3 ч и после окончательной механической обработки для снятия шлифовочных напряжений при 160...180 °С в течение 2…2,5 ч. Отжиг для снятия сварочных напряжений проводится при 650...700 °С.

Рекристаллизационный отжиг – это нагрев холоднодеформированной стали до температур выше температуры рекристаллизации, выдержка при этой температуре с последующим охлаждением. Этот вид отжига применяют перед или после холодной обработки давлением и как промежуточную операцию для снятия наклепа между операциями холодного деформирования. Для углеродистых сталей с 0,08...0,2 % углерода, чаще подвергаемых холодной деформации (прокатке, штамповке, волочению), температура отжига составляет 680...700 °С, продолжительность нагрева – от 0,5 до 1,5 ч.