Лекция Виды термической обработки стали (1)

1. Лекция №7

Тема: Виды термической обработки стали
Содержание лекции:
•Отжиг: виды (диффузионный, полный. неполный, низкий или
рекристаллизационный)
•Нормализация
•Закалка
•Закаливаемость
•Прокаливаемость
•Отпуск

2. Виды термической обработки стали

Отжиг и нормализация - предварительные виды
термической обработки стали. Применяются для
подготовки металла к последующей обработке резанием,
давлением, сваркой и другими методами.
Закалка и отпуск - окончательные виды
термической обработки. Предназначены для приданию
металлу свойств, которыми должна обладать готовая
деталь.

3. Температуры отжига и нормализации стали: 1 – полный отжиг, 2 – неполный отжиг, 3 – низкий отжиг, 4 – нормализация, 5 -

гомогенизация
t , C
5
1147
1
Ас3
911
4
Асm
2
727
Ac1
3
0,02
0,8
2,14
С, %

4. Отжиг

Включает три этапа:
1. Нагрев детали до определенной температуры.
2. Выдержку при температуре нагрева с целью прогрева детали по всему
сечению и завершения фазовых превращений.
3. Медленное охлаждение вместе с печью.
1. Полный отжиг
Применяется для доэвтектоидных сталей.
t нагрева = Ас3 + (30 – 50 °C)
процесс сопровождается полной фазовой перекристаллизацией:
(α + Fе3С) + α → γ → (α + Fе3С) + α
Цель полного отжига – уменьшение размера зерна и снятие внутренних
напряжений.
Применяется для деталей, полученных методом литья, ковки, штамповки,
имеющих крупнозернистую структуру с низкой ударной вязкостью.

5. Микроструктура отливки из конструкционной углеродистой стали (а) и видманштеттовая структура горячедеформированной углеродистой

стали (б)
(а)
(б)

6. Структура стали в равновесном состоянии после полного отжига в зависимости от содержания (%) углерода. Х 500: а – 0,05 - 0,1; б

– 0,2 - 0,3; в – 0,4 – 0,5; г – 0,8

7. Отжиг

2. Неполный отжиг
Для доэвтектоидных сталей применяется
вместо полного отжига, как более дешевая
операция.
Для заэвтектоидных инструментальных сталей
- как вторая стадия процесса сфероидизации.
t = Ас1 + (30 – 50 °C)
процесс сопровождается неполной фазовой
перекристаллизацией:
- для доэвтектоидных сталей:
(α + Fе3С) + α ↔ γ + α
- для заэвтектоидных сталей:
(α + Fе3С) + Fе3С ↔ γ + Fе3С

8. Отжиг

3. Низкий или рекристаллизационный отжиг
tн < Ас1
Процесс не сопровождается фазовой перекристаллизацией.
Цель – снятие внутренних напряжений, устранение
последствий наклепа. Подвергают заготовки перед
обработкой резанием или давлением.
5. Гомогенизация или диффузионный отжиг
t = 1000 – 1100 °C
Применяется для устранения химической неоднородности
(ликвации) слитков и деталей, полученных методом литья.

9. 4. Нормализация

Включает три этапа:
1. Нагрев доэвтектоидной стали до t = Ас3 + (30 – 50 °C)
заэвтектоидной стали до t = Асm + (30 – 50 °C).
2. Выдержка при температуре нагрева для прогрева детали по всему
сечению и завершения фазовых превращений.
3. Охлаждение на спокойном воздухе.
Изменение структуры доэвтектоидной стали в процессе нормализации:
(α + Fе3С) + α → γ → сорбит закалки;
- заэвтектоидной стали:
(α + Fе3С) + Fе3С → γ → сорбит закалки;
Цель - для малоуглеродистых сталей (С < 0,3 %) применяется вместо
полного отжига, для среднеуглеродистых (С = 0,3 - 07 %) – вместо
операции термического улучшения (закалка + высокий отпуск), для
высокоуглеродистых сталей (С > 07 %) – является первой стадией
процесса сфероидизации.
Сфероидизация
–
двухстадийная
операция,
применяется
для
заэвтектоидных
инструментальных
сталей
для
улучшения
обрабатываемости резанием. Операция включает нормализацию и
неполный отжиг. Образуется структура зернистого перлита.

10. Микроструктура эвтектоидной углеродистой стали после сфероидизации. Зернистый перлит  500

Микроструктура эвтектоидной углеродистой
стали после сфероидизации.
Зернистый перлит 500

11. Схема роста перлитных колоний (Ф - феррит, Ц – цементит, А –аустенит, П -перлит)

А
А
А
П

12. Температуры закалки и отпуска стали

ЗАКАЛКА
Температуры закалки и отпуска стали
t , C
1147
оптимальные
температуры закалки
Acm
911
Ac3
Ac1
727
высокий отпуск
средний отпуск
низкий отпуск
0,02
0,8
650 С
С
450 С отп
250 С Тотп
150 С Мотп
2,14
С, %

13. Закалка

Выбор температуры нагрева
(продолжение)
Заэвтектоидная сталь
Изменение структуры:
• при нагреве выше Ас1 и охлаждении в воде:
(α + Fе3С) + Fе3С → γ + Fе3С → М + Fе3С + γост,
где γост – остаточный аустенит
• при нагреве выше Асm и охлаждении в воде:
(α + Fе3С) + Fе3С → γ → М + γост,
Твердость (М + Fе3С + γост) больше твердости
(М + γост) поэтому сталь нагревают до
температуры:
t = Ас1 + (30 - 50 °C).

14. Выбор температуры нагрева (продолжение) Заэвтектоидная сталь

Закаливаемость и прокаливаемость стали
Закаливаемость - способность стали повышать
твердость в процессе закалки.
HRC 70
60
50
40
30
20
10
-1
-2
0 0,2
0,4
0,6
Содержание углерода,%
0,8

15. Закаливаемость и прокаливаемость стали

Прокаливаемость – способность стальной детали
получать в результате закалки закаленный слой
некоторой толщины с мартенситной структурой.
V
Vкр
незакаленная
зона
(Vохл <Vкр )
VКР,ОС/c
1000
Vохл
800
Vкр
600
закаленная
зона
(Vохл >Vкр )
400
200
100
0
R
0,4
0,8
1,2
С, %

16. Прокаливаемость – способность стальной детали получать в результате закалки закаленный слой некоторой толщины с мартенситной

Виды термической обработки стали
• Критический диаметр закалки –максимальный диаметр
стальной цилиндрической детали, прокаливающейся насквозь
в данном охладителе с получением в сердцевине
мартенситной структуры.
незакаленная зона
d1
d2
закаленная зона
d3
d4
d4 – критический диаметр закалки
d5

17. Виды термической обработки стали

Отпуск
Цель – уменьшение остаточных напряжений в закаленной детали
Включает три стадии:
1. Нагрев закаленной стали до определенной температуры ниже критической
точки Ас1 (727 °C).
2. Выдержку при заданной температуре.
3. Охлаждение с произвольной скоростью.
Три вида отпуска
1. Низкий отпуск (tотп. = 150 – 250 °C), из мартенсита закалки Мзак
выделяется ε-карбид железа (Fе2С) и образуется мартенсит отпуска (М + Fе2С):
Мзак → М + Fе2С.
Происходит частичное уменьшение закалочных напряжений. Применяется при
термический обработке изделий, требующих высокой твердости и износостойкости,
например, режущего и измерительного инструмента.
.

18. Отпуск

Виды отпуска (продолжение)
2. Средний отпуск (tотп. = 250 – 450 °C); протекает процесс диффузионного
разложения
мартенсита
закалки,
образуется
троостит
отпуска
–
высокодисперсная смесь феррита и цементита зернистого строения:
Мзак → Тотп. (α + Fе2С).
Достигается полное снятие внутренних напряжений.
Применяется при термический обработке пружин, рессор, ударного инструмента
3. Высокий отпуск (tотп. = 450 – 650 °C); протекает процесс
диффузионного разложения мартенсита закалки, при этом образуется сорбит
отпуска – дисперсная смесь феррита и цементита зернистого строения:
Мзак → Сотп. (α + Fе2С).
Применяется для высоконагруженных конструкционных деталей (валы, оси).
Операция, включающая стадии закалки и высокого отпуска, называется
термическим улучшением.

19. Виды отпуска (продолжение)

Структура стали после отпуска(0,6 % С).х500;
а – мартенсит отпуска, б – троостит отпуска, в – сорбит отпуска

20. Структура стали после отпуска(0,6 % С).х500; а – мартенсит отпуска, б – троостит отпуска, в – сорбит отпуска

Влияние температуры отпуска на механические
свойства углеродистой стали
,
НВ
В
0,2
НВ, В , 0,2
,
t отп ,%

21. Влияние температуры отпуска на механические свойства углеродистой стали

Микроструктура стали (0,4 % С) после отжига (а)
и после нормализации (б). 500

22. Микроструктура стали (0,4 % С) после отжига (а) и после нормализации (б). 500

Рис 196