Урок№21-22 Термічне оброблення сталі.

Вивчивши матеріали цього розділу, учні знатимуть:

• визначення термічного оброблення сплавів;

• основні види термооброблення сталі;

• вимоги стосовно визначення температури нагрівання сталі і швидкості охолодження того чи того виду термооброблення.

1. Термічне оброблення - це процес дії на сплав певними температурами, в результаті якого змінюються його структура і властивості. Процес термічного оброблення складається з нагрівання до певної температури, витримування при цій температурі й охолодження із заданою швидкістю.

2. Будь-який процес термооброблення можна описати графіком, який показує зміни температури в часі. За таким графіком можна визначити температуру нагрівання, час нагрівання й охолодження, середні швидкості нагрівання, загальну тривалість термічного оброблення і час витримування при тій чи тій температурі. Вид термооброблення залежить не від характеру змін температури в часі, а від типу фазових перетворень у металі.

3. Основою для вивчення термічного оброблення сталей є діаграма залізо - вуглець. Нас більше цікавлять сплави з концентрацією вуглецю до 2,14 %, тож будемо користуватись частиною діаграми залізо - вуглець до вмісту вуглецю 2,14 %, яку часто називають «стальним кутом». Критичні точки позначають буквою А. Нижня критична точка А1 лежить на лінії PSK і відповідає аустеніт-перлітному перетворенню. Верхня критична точка А3 лежить на лінії GSE і відповідає початку випадання або закінчення розчинення фериту (цементиту). Щоб відрізняти критичну точку при нагріванні і охолодженні, в першому випадку біля букви А ставлять букву с (Асг Ас3) і букву г в другому (Аг,, Аг3).

4. Відпалювання - це фазова перекристалізація, суть якої - у нагріванні вище ніж Ас1 із подальшим повільним охолодженням. У разі нагрівання вище ніж Асг але нижче ніж Ас3 повна перекристалізація відбутися не може, таке термооброблення називають неповним відпалюванням. При відпалюванні стан сталі наближається до структурно-рівноважного; структурою сталі після відпалювання є перліт + ферит, перліт або перліт + цементит. Залежно від того, які відхилення від рівноважного стану усуваються, розрізняють відпалювання:

- дифузійне (гомогенізаційне) - використовують для зливків із метою вирівнювання хімічного складу сталі. Нагрівають зливки до 1000—

1100 °С, витримують 10-15 год і охолоджують разом із піччю. Сталь, яка пройшла гомогенізацію, має вищі механічні властивості, особливо підвищується ударна в'язкість. Гомогенізація дає велике зерно, яке зменшується повторним відпалюванням;

- повне - супроводжується фазовою перекристалізацією. У результаті великозерниста сталь стає дрібнозернистою структурою, м'якою і в'язкою. Повне відпалювання використовують для доевтектоїдних сталей, нагріваючи їх до температур вище лінії GSE (Ас3) на 20-30 °С. Витримують 1/4 часу нагріву і охолоджують разом із піччю до 600-400 °С. Вуглецеві сталі охолоджують зі швидкістю 100-150 °С/год, леговані - зі швидкістю 30-50 °С/год;

- неповне до температури 750-760 °С - це єдиний різновид відпалювання для заевтектоїд-них інструментальних сталей. Знімає внутрішнє напруження в деталях та інструментах і покращує оброблюваність різанням. Сутність неповного відпалювання - у нагріві вище лінії Ас1 і повільному охолодженні. Неповне відпалювання використовують для доевтектоїдних сталей із метою зняття внутрішнього напруження і покращення оброблюваності різанням у тому випадку, якщо попереднє гаряче механічне оброблення не привело до утворення великого зерна;

- рекристалізаційне використовують після холодної пластичної деформації (прокатки, волочіння, холодного штампування). Після такого відпалювання витягнуті в результаті деформації зерна стають рівноважними, знімається наклеп, знижується міцність і твердість, збільшується пластичність і в'язкість. Низьковуглецеві сталі нагрівають до температури 600-700 °С.

Нормалізацією називають нагрів сталі до температури вище ніж Ас3 на 50-60 °С і витримування в печі 2-3 год з подальшим охолодженням на повітрі. Використовують для зниження внутрішнього напруження і натягу. Сталь після нормалізації отримує нормальну, однорідну, дрібнозернисту структуру. Призначення нормалізації різне, залежно від складу сталі. Нині нормалізацію використовують частіше, ніж відпалювання через її простоту, швидкість і низьку вартість.

5. Гартування - нагрівання сталі вище лінії GSE з подальшим швидким охолодженням. При швидкому охолодженні розпад аустеніту з виділенням цементиту і фериту не встигає пройти, і аустеніт перетворюється на мартенсит, який має високу твердість. Мартенситне перетворення має бездифузний характер, відбувається перебудова ГЦК-решітки аустеніту в ОЦК без виділення з розчину вуглецю, що призводить до спотворення кубічної решітки до тетрагональної. Гартування - термічна операція для надання сталі міцності, твердості, пружності, тобто покращення її механічних властивостей. Воно передбачає нагрівання сталі до температур, які перевищують температури фазових перетворень, витримування при цих температурах і швидке охолодження.

6. Відпускання - кінцева операція термообро-блення. Сталь нагрівають нижче лінії PSK, витримують при цій температурі й охолоджують (швидко або повільно). Мета відпускання - усунення або зменшення напруження у сталі, підвищення в'язкості. Від правильного виконання відпускання залежать кінцева якість готової загартованої деталі. Температура відпускання коливається в межах 150-700 °С.

Розрізняють високе, середнє і низьке відпускання: низьке - 150-250 °С, середнє - 300-500 °С для пружин, ресор, столярного і слюсарного інструмента, високе - 500-650 °С для деталей із конструкційних сталей.

7. Одним із різновидів відпускання є старіння - процес зміни властивостей сплавів без суттєвої зміни мікроструктури. Є два види старіння: термічне і деформаційне. Старіння часто використовують для сплавів кольорових металів, особливо для сплавів на основі алюмінію (дюралюмін).

8. Поверхневе гартування забезпечує отримання високої твердості в поверхневих шарах виробу зі збереженням в'язкої серцевини. Сталеві вироби нагрівають до необхідної температури з поверхні, а потім охолоджують із заданою швидкістю в загартувальному середовищі.

Для поверхневого нагрівання використовують струми високої частоти, контактне електричне нагрівання, нагрівання газовими пальниками та іншими способами.

9. Окремо від традиційних способів гартування у печах стоїть гартування з індукційним нагріванням: спосіб гартування поверхні деталі при її нагріванні струмами Фуко. В цьому випадку поверхня набуває необхідної твердості, а серцевина деталі залишається в'язкою.